Ano ang DC bias phenomenon?

Kapag nagtatayo ng multilayer ceramic capacitors (MLCCs), ang mga electrical engineer ay kadalasang pumipili ng dalawang uri ng dielectric depende sa application – Class 1, non-ferroelectric material dielectrics gaya ng C0G/NP0, at Class 2, ferroelectric material dielectrics gaya ng X5R at X7R.Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ay kung ang kapasitor, na may pagtaas ng boltahe at temperatura, ay mayroon pa ring magandang katatagan.Para sa Class 1 dielectrics, ang kapasidad ay nananatiling matatag kapag ang isang DC boltahe ay inilapat at ang operating temperatura ay tumaas;Ang Class 2 dielectrics ay may mataas na dielectric constant (K), ngunit ang kapasidad ay hindi gaanong matatag sa ilalim ng mga pagbabago sa temperatura, boltahe, dalas at sa paglipas ng panahon.

Kahit na ang kapasidad ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng iba't ibang mga pagbabago sa disenyo, tulad ng pagbabago sa ibabaw na lugar ng mga layer ng elektrod, ang bilang ng mga layer, ang halaga ng K o ang distansya sa pagitan ng dalawang layer ng elektrod, ang kapasidad ng Class 2 dielectrics ay babagsak nang husto kapag isang DC boltahe ay inilapat.Ito ay dahil sa pagkakaroon ng isang phenomenon na tinatawag na DC bias, na nagiging sanhi ng Class 2 ferroelectric formulations na kalaunan ay makaranas ng pagbaba sa dielectric constant kapag ang isang DC boltahe ay inilapat.

Para sa mas mataas na mga halaga ng K ng mga dielectric na materyales, ang epekto ng bias ng DC ay maaaring maging mas malala, na may mga capacitor na posibleng mawala ng hanggang 90% o higit pa sa kanilang kapasidad, tulad ng ipinapakita sa diagram.

Ang lakas ng dielectric ng isang materyal, ibig sabihin, ang boltahe na maaaring mapaglabanan ng isang ibinigay na kapal ng materyal, ay maaari ring baguhin ang epekto ng bias ng DC sa isang kapasitor.Sa USA, ang dielectric strength ay karaniwang sinusukat sa volts/mil (1 mil ay katumbas ng 0.001 inch), sa ibang lugar ito ay sinusukat sa volts/micron, at ito ay tinutukoy ng kapal ng dielectric layer.Bilang isang resulta, ang iba't ibang mga capacitor na may parehong kapasidad at rating ng boltahe ay maaaring gumanap ng makabuluhang naiiba dahil sa kanilang magkakaibang mga panloob na istruktura.

Kapansin-pansin na kapag ang inilapat na boltahe ay mas malaki kaysa sa dielectric na lakas ng materyal, ang mga spark ay dadaan sa materyal, na humahantong sa isang potensyal na pag-aapoy o maliit na panganib na pagsabog.

Mga praktikal na halimbawa kung paano nabuo ang DC bias

Kung isasaalang-alang namin ang pagbabago sa kapasidad dahil sa operating boltahe kasabay ng pagbabago sa temperatura, pagkatapos ay nalaman namin na ang pagkawala ng kapasidad ng kapasitor ay magiging mas malaki sa tiyak na temperatura ng aplikasyon at boltahe ng DC.Kunin halimbawa ang isang MLCC na gawa sa X7R na may kapasidad na 0.1µF, isang rated na boltahe na 200VDC, isang bilang ng panloob na layer na 35 at isang kapal na 1.8 mils (0.0018 pulgada o 45.72 microns), nangangahulugan ito na kapag gumagana sa 200VDC ang dielectric Ang layer ay nakakaranas lamang ng 111 volts/mil o 4.4 volts/micron.Bilang isang magaspang na pagkalkula, ang VC ay magiging -15%.Kung ang temperatura coefficient ng dielectric ay ±15%ΔC at ang VC ay -15%ΔC, kung gayon ang maximum na TVC ay +15% – 30%ΔC.

Ang dahilan para sa pagkakaiba-iba na ito ay nakasalalay sa kristal na istraktura ng Class 2 na materyal na ginamit - sa kasong ito barium titanate (BaTiO3).Ang materyal na ito ay may cubic crystal na istraktura kapag ang temperatura ng Curie ay naabot o mas mataas.Gayunpaman, kapag ang temperatura ay bumalik sa nakapaligid na temperatura, ang polariseysyon ay nangyayari habang ang pagbaba ng temperatura ay nagiging sanhi ng pagbabago ng materyal sa istraktura nito.Ang polarization ay nangyayari nang walang anumang panlabas na electric field o pressure at ito ay kilala bilang spontaneous polarization o ferroelectricity.Kapag ang isang boltahe ng DC ay inilapat sa materyal sa temperatura ng kapaligiran, ang kusang polariseysyon ay naka-link sa direksyon ng patlang ng kuryente ng boltahe ng DC at nangyayari ang isang pagbaliktad ng kusang polariseysyon, na nagreresulta sa isang pagbawas sa kapasidad.

Sa panahong ito, kahit na may iba't ibang mga tool sa disenyo na magagamit upang mapataas ang kapasidad, ang kapasidad ng Class 2 dielectrics ay bumababa pa rin nang malaki kapag ang isang DC boltahe ay inilapat dahil sa pagkakaroon ng DC bias phenomenon.Samakatuwid, upang matiyak ang pangmatagalang pagiging maaasahan ng iyong aplikasyon, kailangan mong isaalang-alang ang epekto ng DC bias sa bahagi bilang karagdagan sa nominal na kapasidad ng MLCC kapag pumipili ng isang MLCC.

Ang Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., na itinatag noong 2010, ay isang propesyonal na tagagawa na dalubhasa sa SMT pick and place machine, reflow oven, stencil printing machine, SMT production line at iba pang SMT Products.Mayroon kaming sariling R&D team at sariling pabrika, sinasamantala ang sarili naming mayamang karanasan sa R&D, mahusay na sinanay na produksyon, nanalo ng magandang reputasyon mula sa mga customer sa buong mundo.

Naniniwala kami na ang mahuhusay na tao at kasosyo ay ginagawang isang mahusay na kumpanya ang NeoDen at na ang aming pangako sa Innovation, Diversity at Sustainability ay nagsisiguro na ang SMT automation ay naa-access ng bawat hobbyist sa lahat ng dako.