Saat membuat kapasitor keramik multilayer (MLCC), insinyur kelistrikan sering memilih dua jenis dielektrik tergantung pada aplikasinya – Kelas 1, dielektrik bahan non-feroelektrik seperti C0G/NP0, dan Kelas 2, dielektrik bahan feroelektrik seperti X5R dan X7R.Perbedaan utama di antara keduanya adalah apakah kapasitor, dengan meningkatnya tegangan dan suhu, masih memiliki stabilitas yang baik.Untuk dielektrik Kelas 1, kapasitansi tetap stabil ketika tegangan DC diterapkan dan suhu pengoperasian meningkat;Dielektrik kelas 2 mempunyai konstanta dielektrik (K) yang tinggi, namun kapasitansinya kurang stabil terhadap perubahan suhu, tegangan, frekuensi dan waktu.
Meskipun kapasitansi dapat ditingkatkan dengan berbagai perubahan desain, seperti perubahan luas permukaan lapisan elektroda, jumlah lapisan, nilai K atau jarak antara dua lapisan elektroda, kapasitansi dielektrik Kelas 2 pada akhirnya akan turun tajam ketika tegangan DC diterapkan.Hal ini disebabkan adanya fenomena yang disebut bias DC, yang menyebabkan formulasi feroelektrik Kelas 2 pada akhirnya mengalami penurunan konstanta dielektrik ketika tegangan DC diterapkan.
Untuk bahan dielektrik dengan nilai K yang lebih tinggi, efek bias DC bisa menjadi lebih parah, dengan kapasitor berpotensi kehilangan kapasitansi hingga 90% atau lebih, seperti yang ditunjukkan pada diagram.
Kekuatan dielektrik suatu material, yaitu tegangan yang dapat ditahan oleh ketebalan material tertentu, juga dapat mengubah efek bias DC pada kapasitor.Di AS, kekuatan dielektrik biasanya diukur dalam volt/mil (1 mil sama dengan 0,001 inci), di tempat lain diukur dalam volt/mikron, dan ditentukan oleh ketebalan lapisan dielektrik.Akibatnya, kapasitor berbeda dengan kapasitansi dan peringkat tegangan yang sama dapat memiliki kinerja yang berbeda secara signifikan karena struktur internalnya yang berbeda.
Perlu dicatat bahwa ketika tegangan yang diberikan lebih besar dari kekuatan dielektrik material, percikan api akan menembus material, sehingga menyebabkan potensi kebakaran atau risiko ledakan skala kecil.
Contoh praktis tentang bagaimana bias DC dihasilkan
Jika kita mempertimbangkan perubahan kapasitansi akibat tegangan operasi bersamaan dengan perubahan suhu, maka kita menemukan bahwa kehilangan kapasitansi kapasitor akan lebih besar pada suhu aplikasi spesifik dan tegangan DC.Ambil contoh MLCC yang terbuat dari X7R dengan kapasitansi 0,1µF, tegangan pengenal 200VDC, jumlah lapisan internal 35 dan ketebalan 1,8 mil (0,0018 inci atau 45,72 mikron), ini berarti bahwa ketika beroperasi pada 200VDC dielektrik lapisan hanya mengalami 111 volt/mil atau 4,4 volt/mikron.Sebagai perhitungan kasar, VC-nya adalah -15%.Jika koefisien suhu dielektrik ±15%ΔC dan VC -15%ΔC, maka TVC maksimum adalah +15% – 30%ΔC.
Alasan variasi ini terletak pada struktur kristal bahan Kelas 2 yang digunakan – dalam hal ini barium titanat (BaTiO3).Bahan ini memiliki struktur kristal kubik ketika suhu Curie tercapai atau lebih tinggi.Namun, ketika suhu kembali ke suhu lingkungan, terjadi polarisasi karena penurunan suhu menyebabkan material mengubah strukturnya.Polarisasi terjadi tanpa medan listrik atau tekanan eksternal dan ini dikenal sebagai polarisasi spontan atau feroelektrik.Ketika tegangan DC diterapkan pada material pada suhu sekitar, polarisasi spontan dikaitkan dengan arah medan listrik tegangan DC dan terjadi pembalikan polarisasi spontan, yang mengakibatkan penurunan kapasitansi.
Saat ini, bahkan dengan berbagai alat desain yang tersedia untuk meningkatkan kapasitansi, kapasitansi dielektrik Kelas 2 masih menurun secara signifikan ketika tegangan DC diterapkan karena adanya fenomena bias DC.Oleh karena itu, untuk memastikan keandalan aplikasi Anda dalam jangka panjang, Anda perlu memperhitungkan pengaruh bias DC pada komponen selain kapasitansi nominal MLCC saat memilih MLCC.
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., didirikan pada tahun 2010, adalah produsen profesional yang mengkhususkan diri dalam mesin pick and place SMT, oven reflow, mesin cetak stensil, lini produksi SMT dan Produk SMT lainnya.Kami memiliki tim R&D kami sendiri dan pabrik sendiri, memanfaatkan R&D kami yang kaya dan berpengalaman, produksi yang terlatih, memenangkan reputasi besar dari pelanggan di seluruh dunia.
Kami percaya bahwa orang-orang dan mitra hebat menjadikan NeoDen perusahaan hebat dan komitmen kami terhadap Inovasi, Keanekaragaman, dan Keberlanjutan memastikan bahwa otomatisasi SMT dapat diakses oleh setiap penghobi di mana pun.
Waktu posting: 05-Mei-2023