ЧИП-конденсаторы Yageo. Полный обзор серий

10 августа 2016

Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)

Компания Yageo предлагает разработчикам электроники широкую номенклатуру многослойных керамических конденсаторов. Данная статья посвящена обзору всех доступных серий конденсаторов Yageo.

Сложно представить электронику без конденсаторов. Они используются в самых различных устройствах  от сотовых телефонов, до блоков телеметрии космических аппаратов.

Многообразие форм, типов и исполнений конденсаторов поражает: выводные и чип-конденсаторы; вакуумные, с газообразным, твердым, жидким диэлектриком; органические и неорганические; полярные и неполярные; постоянные и переменные и т.д.

В настоящий момент из-за постоянной тенденции к миниатюризации максимальное распространение получили многослойные керамические чип-конденсаторы (MultiLayer Ceramic Capacitor, MLCC). Они имеют целый ряд преимуществ: значительный диапазон емкостей, широкий выбор диэлектриков с  различными свойствами, многообразие типоразмеров, минимальные габариты, низкую стоимость, наличие специализированных серий для ВЧ-приложений, автомобильной электроники и др.

Одним из крупнейших производителей многослойных керамических чип-конденсаторов является компания Yageo (входит в 3-ку крупнейших производителей). На сегодняшний день Yageo предлагает более десятка специализированных серий конденсаторов:

• Серия СС – керамические конденсаторы общего назначения;
• Серия СС 01005 – миниатюрные керамические конденсаторы общего назначения;
• Серия СС Mid-voltage – керамические конденсаторы с повышенным рабочим напряжением;
• Серия СС High Voltage – высоковольтные керамические конденсаторы;
• Серия СACapacitanceArray – конденсаторные сборки общего назначения;
• Серия CQ – высокочастотные конденсаторы;
• Серия CL – керамические конденсаторы с низкой собственной индуктивностью;
• Серия AC – керамические конденсаторы для автомобильных приложений;
• Серия AC 4C-Array – конденсаторные сборки для автомобильных приложений;
• Серия SC – высоконадежные керамические конденсаторы;
• Серия CS – керамические конденсаторы с мягкими выводами;
• Серия EMIFilterX2Y – специализированые сборки для EMI-фильтров.

Данная статья посвящена обзору перечисленных серий многослойных керамических чип-конденсаторов Yageo.

Конструкция многослойных керамических чип-конденсаторов Yageo

Все серии многослойных керамических чип-конденсаторов Yageo имеют схожую конструкцию (рисунок 1). Они представляют собой структуру из чередующихся слоев керамического диэлектрика и металлических пленочных электродов. На краях металлические электроды объединяются с помощью торцевых никелевых выводов, которые покрываются оловом.

Рис. 1. Структура многослойных керамических чип-конденсаторов Yageo

Основное достоинство такой многослойной структуры заключается в достижении высокой удельной емкости. Кроме того, изменяя геометрические параметры слоев, можно значительно варьировать характеристики конденсаторов. Например, если требуется получить большую емкость, то достаточно будет  увеличить число слоев.

Для увеличения емкости также можно уменьшать толщину диэлектрика. Однако при этом рабочее напряжение снизится. Для достижения максимального рабочего напряжения используют максимальную толщину диэлектрика.

Несмотря на важность геометрических размеров, решающее влияние на значения электрических характеристик многослойных конденсаторов оказывает тип используемого диэлектрика. В MLCC применяют неорганические твердые диэлектрики двух классов:

• Класс 1 (Class 1) – конденсаторы с высокостабильным диэлектриком, имеющим высокую добротность, линейную температурную зависимость. Примером таких конденсаторов являются NPO. Они применяются во времязадающих цепях и фильтрах, где основными требованиями являются низкие потери, высокая стабильность емкости и других параметров.
• Класс 2 (Class 2) – конденсаторы с более высоким уровнем потерь и нелинейной зависимостью εr. Примером могут быть X7R, X5R и Y5V MLCC. Они используются как разделительные и блокировочные конденсаторы.

Оба класса диэлектриков имеют достоинства и недостатки. Несмотря на отличные электрические характеристики, конденсаторы NPO обычно имеют относительно низкую емкость. По этой причине очень часто совместно используют несколько конденсаторов разных типов: низкоемкостной NPO и несколько X7R с высоким номиналом.

Компания Yageo предлагает более десятка серий многослойных конденсаторов с различными характеристиками для широкого круга приложений.

Обзор чип-конденсаторов Yageo

Серия СС – керамические конденсаторы общего назначения. Наиболее крупная серия конденсаторов, которые могут применяться в самых различных приложениях от коммерческой электроники, до измерительной техники и промышленного оборудования.

В эту серию можно включить сразу несколько линеек:

• конденсаторы серии СС с диэлектриком класса 1 NPO;
• конденсаторы серии СС с диэлектриком класса 2 X7R;
• конденсаторы серии СС с диэлектриком класса 2 X6S;
• конденсаторы серии СС с диэлектриком класса 2 X5R;
• конденсаторы серии СС с диэлектриком класса 2 Y5V;
• миниатюрные конденсаторы серии СС 01005;
• конденсаторы серии СС с повышенным рабочим напряжением;
• высоковольтные конденсаторы серии СС.

Конденсаторы серии СС с диэлектриком класса 1 NPO – высокостабильные многослойные конденсаторы для прецизионных приложений (времязадающие и фазосдвигающие цепи, фильтры). Их основными особенностями являются:

• максимальная стабильность. Температурный коэффициент емкости (TKC) составляет всего ±30 10…6/°C;
• высокая начальная точность: от 0,1 пФ;
• минимальный tgδ: до 0,1 %;
• широкий рабочий диапазон: –55…125°C;
• рабочие напряжения до 50 В;
• относительно низкая удельная емкость.

Конденсаторы серии СС с диэлектриком класса 2 X7R – многослойные конденсаторы с высокой удельной емкостью и широким температурным диапазоном. Применяются в качестве блокировочных и разделительных конденсаторов в цифровых и аналоговых схемах. Основные особенности серии СС с диэлектриком X7R:

• широкий диапазон емкостей 100 пФ…47 мкФ;
• широкий рабочий диапазон температур –55…+125 °C;
• рабочие напряжения до 50 В;
• относительно высокая точность (от 5%), значительный TKC (до 15%) и tgδ (до 12,5 %);

Конденсаторы серии СС с диэлектриком класса 2 X6S – многослойные конденсаторы с высокой удельной емкостью. Данная линейка имеет удельную емкость больше, чем X7R, но худшие показатели стабильности, точности и tgδ. Применяются в качестве блокировочных и разделительных конденсаторов преимущественно в цифровых и аналоговых схемах. Основные особенности серии СС с диэлектриком X6S:

• широкий диапазон емкостей: 100 нФ…100 мкФ;
• ограниченный рабочий диапазон температур: –55…110°C;
• рабочие напряжения: до 50 В;
• относительно невысокая точность (не выше 10%), значительный TKC (до 22%) и tgδ (до 10 %).

Конденсаторы серии СС с диэлектриком класса 2 X5R – как и конденсаторы с X6S отличаются большой удельной емкостью, но не высокими показателями стабильности, точности и tgδ. Основные особенности серии СС с диэлектриком X5R:

• широкий диапазон емкостей: 100 пФ…220 мкФ;
• ограниченный рабочий диапазон температур: –55…85°C;
• рабочие напряжения до 50 В;
• относительно невысокая точность (не выше 10%), значительный TKC (до 15%) и tgδ (до 15 %).

Конденсаторы серии СС с диэлектриком класса 2 Y5V – отличаются низкими показателями стабильности, точности и tgδ. Имеют ограниченное применение для низкочастотных аналоговых и цифровых схем. Из-за узкого частотного диапазона не используются в качестве блокировочных конденсаторов в цифровых схемах. Основные особенности серии СС с диэлектриком Y5V:

• широкий диапазон емкостей: 10 нФ…22 мкФ;
• ограниченный рабочий диапазон температур: –55…110°C;
• рабочие напряжения: до 50 В;
• невысокая точность (не выше 20%), значительный TKC (до -22…+82%) и tgδ (до 20%).

Миниатюрные конденсаторы серии СС 01005. Миниатюризация была и остается одним из основных направлений развития электроники. Это относится и к сокращению габаритов пассивных компонентов. Наиболее миниатюрные конденсаторы с типоразмером 01005 (дюймовое именование) имеют габариты всего 0,4 х 0,2 мм. Такие элементы нашли свое применение в современных портативных устройствах: планшеты, мобильные телефоны, ноутбуки и др.

Компания Yageo выпускает широкую номенклатуру миниатюрных конденсаторов 01005:

• с различными типами диэлектриков NPO/X7R/X5R;
• с диапазоном емкостей: от 0,5 пФ (NPO) до 220 нФ (X7R/ X5R);
• с рабочими напряжениями до 16 В.

Остальные характеристики данной серии близки аналогичным характеристикам серий СС общего назначения с соответствующими диэлектриками.

Серия СС Mid-voltage  – керамические конденсаторы с повышенным рабочим напряжением до 630 В. Наиболее часто их используют в качестве разделительных конденсаторов и в помехоподавляющих цепях в различных блоках питания, в телекоммуникационном и промышленном оборудовании. Основными особенностями этой серии являются:

• высокое рабочее напряжение: 100…630 В;
• различные типы доступных диэлектриков NPO/ X7R;
• относительно широкий диапазон емкостей: 0,47 пФ…22 нФ (NPO) и 100 пФ…2, 2 мкФ (X7R);
• широкий выбор типоразмеров: 0402, 0603, 0805, 1206, 1210, 1808, 1812.

Серия СС High Voltage – высоковольтные керамические конденсаторы с рабочим напряжением до 3 кВ. Также как и представители серии СС Mid-voltage, наиболее часто используются в качестве разделительных конденсаторов и в помехоподавляющих цепях различных электронных блоков.

Основными особенностями этой серии являются:

• высокое рабочее напряжение: 1000…3000 В;
• различные типы доступных диэлектриков NPO/X7R;
• относительно широкий диапазон емкостей: 10 пФ…1,5 нФ (NPO) и 150 пФ…33 нФ (X7R);
• широкий выбор типоразмеров: 0603, 0805, 1206, 1210, 1808, 1812.

Серия СA Capacitance Array – конденсаторные сборки общего назначения. Сборки пассивных компонентов (резисторов или конденсаторов) – одно из наиболее удачных решений задач миниатюризации. Они позволяют максимально эффективно использовать площадь печатной платы. Они также весьма удобны при использовании в многоразрядных шинах, так как согласование номиналов компонентов в сборке выше, чем у дискретных элементов. Эти достоинства особенно важны в современных портативных устройствах (смартфонах, планшетах) и компьютерной технике (материнские платы, видеокарты), а также в промышленном и телекоммуникационном оборудовании.

Электрические характеристики конденсаторных сборок серии CA практически полностью идентичны характеристикам дискретных компонентов серии СС с аналогичными типами диэлектриков. Основными особенностями серии являются:

• стандартные типоразмеры: 0508 (4×0402) и 0612 (4×0603);
• различные типы диэлектриков: NPO/ X7R/ Y5V;
• рабочие напряжения: до 100 В (X7R);
• диапазон емкостей: от 10 пФ (NPO) до 470 нФ (X7R).

Серия CQ – высокочастотные MLCC-конденсаторы. Как было сказано выше, для ВЧ приложений подойдут только конденсаторы с низкими значениями паразитных составляющих (индуктивности и сопротивления) и малым углом диэлектрических потерь tgδ. Этим требованиям удовлетворяют только компоненты с диэлектриком NPO.

Данная серия объединяет в себе NPO-конденсаторы:

• с высокой добротностью: Q >400 +20C (<30 пФ) и Q>1000 (>30 пФ);
• с диапазоном емкостей: 0, 2 пФ…100 пФ;
• с рабочим напряжением: 16… 250 В;
• доступными типоразмерами: 0201, 0402, 0603, 0805.

Серия CL – керамические конденсаторы с низкой собственной индуктивностью.

Эквивалентная схема замещения реального конденсатора включает целый ряд паразитных параметров, таких как последовательное сопротивление (ESR) и паразитная индуктивность. В конечном итоге они определяют уровень потерь в конденсаторе и ограничивают его рабочий частотный диапазон. Чем меньше сопротивление и индуктивность, тем лучше.

Конструктивно решить эту задачу можно увеличением ширины корпуса и контактов компонента. Данная группа конденсаторов имеет увеличенную ширину корпусов: 0204, 0306, 0508, 0612. В них, как несложно заметить, по сравнению со стандартными типоразмерами (0402, 0603, 0805, 1206) длина и ширина поменялись местами.

Таким образом, по сравнению со стандартными типоразмерами конденсаторы серии CL имеют меньшую индуктивность, при этом занимают ту же площадь на печатной плате.

Наиболее часто такие конденсаторы применяют для фильтрации в высокоскоростных цифровых схемах в различных областях электроники.

Особенностями серии являются:

• использование диэлектриков X7R и X5R;
• рабочее напряжение: до 250 В (X7R);
• типоразмеры: 0204, 0306, 0508, 0612
• диапазон емкостей: 10 нФ…1 мкФ (X7R).

Серия AC – керамические конденсаторы для автомобильных приложений.

Автомобильная электроника предъявляет чрезвычайно высокие требования к надежности. Это относится и к конденсаторам. По этой причине Yageo выпускает специализированную серю АС, которая прошла сертификацию на соответствие стандарту AEQ-Q200, имеет дополнительную защиту от повышенной влажности. Кроме того, все конденсаторы AC проходят тотальный оптический контроль после производства.

Так как компоненты для автомобильных приложений имею стандартный диапазон рабочих температур –55…+125 °C, то для конденсаторов AC используют диэлектрики NPO и X7R.

Особенностями данной серии являются:

• соответствие требованиям AEC-Q200 для автомобильных приложений;
• максимально возможный рейтинг устойчивости к воздействию повышенной влажности класс ML1 (сохраняет свойства даже при постоянном нахождении при влажности 85%);
• расширенный диапазон рабочих напряжений: до 630 В;
• широкий диапазон рабочих температур: –55…155ºС;
• применяемые типы диэлектриков: NPO и X7R;
• диапазон емкостей: от 0,47 пФ (NPO) до 2,2 мкФ (X7R).

Серия AC 4C-Array – конденсаторные сборки для автомобильных приложений. Данные сборки имеют по четыре конденсатора и выпускаются в двух типах корпусного исполнения: 0508 (4×0402), 0612 (4×0603).

Характеристики данных сборок соответствуют аналогичным характеристикам серии AC, однако имеют меньшее значение рабочих напряжений до 50 В.

Серия CS – керамические X7R-конденсаторы с мягкими выводами. Существует множество приложений, в которых к компонентам предъявляются дополнительные требования по стойкости к вибрационным нагрузкам и к возможным изгибам печатных плат. Это стало особенно актуально при росте популярности гибких печатных плат, которые применяются в дисплеях, смартфонах, ноутбуках и т.д.

Повысить устойчивость к таким нагрузкам, можно за счет особой конструкции торцевых разъемов (рисунок 2). В этом случае между внутренними медными электродами и никелевым покрытием формируется особый слой компенсирующий деформацию внешних электродов.

Рис. 2. Конструкция конденсатора с мягкими выводами

Стоит отметить, что благодаря высоким рабочим напряжениям конденсаторы CS могут также использоваться в блоках питания, в промышленном и телекоммуникационном оборудовании.

Основными особенностями серии CS являются:

• диапазон емкостей: 100 пФ…470 нФ;
• широкий диапазон рабочих напряжений: 16…1000 В.

Серия SC – высоконадежные керамические конденсаторы. Данная серия сертифицирована в соответствии со стандартами безопасности TUV и UL. Конденсаторы выпускаются для четырех типов рейтингов напряжения:

• X1 – рабочее напряжение 250 В AC, напряжение пробоя 1500 В AC, импульсное напряжение до 4000 В;
• X2 – рабочее напряжение 250 В AC, напряжение пробоя 1500 В AC, импульсное напряжение до 2000 В;
• Y2 – рабочее напряжение 250 В AC, напряжение пробоя 1500 В AC, импульсное напряжение до 5000 В;
• Y3 – рабочее напряжение 250 В AC, напряжение пробоя 1500 В AC, импульсное напряжение не устанавливается.

Такие конденсаторы используют при необходимости обеспечения гарантированной безопасности в различных блоках питания: разделительные конденсаторы, помехоподавляющие цепи.

Таким образом, основными особенностями серии являются:

• соответствие требованиям стандартов TUV и UL;
• рейтинги напряжений: X1/Y2, X2/Y3, X1;
• два доступных типоразмера: 1808, 1812;
• доступные исполнения: NPO (15 пФ…1000 пФ) и X7R (150 пФ…1,5 нФ).

Серия EMI Filter X2Y – специализированые сборки для EMI-фильтров.

Конструкция X2Y представляет собой конденсатор с выводами, сформированными особым образом – с четырех сторон корпуса (рисунок 3). В результате получается два пространственных конденсатора. Один из конденсаторов условно называется Y, а второй X. Отсюда и название данной сборки.

Рис. 3. Структура и схемы включения сборок серии X2Y

Такое решение дает целый ряд преимуществ:

• минимизация индуктивной составляющей до диапазона пГн;
• возможность работы до 10 ГГц;
• возможность работы в качестве синфазного фильтра (например, разделительный конденсатор) и дифференциального EMI-фильтра (рисунок 3);
• идеальное согласование конденсаторов, которое не ухудшается с течением времени, при изменении приложенного напряжения и температуры окружающей среды;
• замена одной сборкой нескольких дискретных компонентов;
• сокращение занимаемой площади.

Так как сборка может использоваться для фильтрации синфазных и дифференциальных помех, то область ее применения достаточно широка: защита от помех электродвигателей, фильтрация в цифровых быстродействующих интерфейсах (например, Ethernet), фильтрация в чувствительных аналоговых приложениях и др.

Сборки X2Y имеют следующие характеристики:

• исполнения с различными диэлектриками: NPO, X7R, X5R;
• рабочие напряжения до 100 В;
• диапазон емкостей от 10 пФ (NPO) до 1 мкФ (X7R).

В таблице 1 представлены основные электрические характеристики конденсаторов представленных серий. При таком разнообразии разработчики электроники всегда смогут подобрать керамический конденсатор оптимальный для каждого конкретного приложения.

Таблица 1. Характеристики чип-конденсаторов Yageo

Конструкция многослойных керамических чип-конденсаторов Yageo

При заказе конденсаторов Yageo следует использовать наименование, включающее девять полей (рисунок 4): название серии, типоразмер, код точности номинала, тип диэлектрика, код рабочего напряжения, код материала выводов, класс диэлектрика, код значения емкости.

Код значения емкости состоит из трех цифр. Первые две – значащие цифры, а третья – код множителя. Например, код 102 означает 10·100 = 1000 пФ.

Рис. 4. Именование чип-конденсаторов Yageo

Заключение

Yageo – один из лидеров производства многослойных керамических конденсаторов (MLCC). Компания выпускает более десятка серий конденсаторов с различными характеристиками:

• дискретные компоненты и сборки;
• с широким выбором диэлектриков: NPO, X7R, X5R, Y5V, X6S;
• с богатым перечнем типоразмеров: 01005, 0201, 0402, 0603, 0805, 1206, 1210,1812;
• с диапазоном емкостей от 0,2 пФ до 220 мкФ;
• с рабочими напряжениями от 4 В до 3 кВ;
• с различными температурными диапазонами;
• специализированные: для ВЧ-приложений, с гибкими выводами, с минимальной индуктивностью, для автомобильных приложений и др.

Такое многообразие позволяет разработчикам находить оптимальный конденсатор для каждого конкретного приложения.

Выбор SMD конденсаторов YAGEO в параметрическом каталоге

Литература

1. PRODUCT SELECTION GUIDE. YAGEO, 2016.
2. http://www.yageo.com.