說說電容噪聲嘯叫的問題

MLCC——多層片式陶瓷電容器，簡稱貼片電容，會引起噪聲嘯叫問題，這是為什么了？

聲音源于物體振動，振動頻率為20Hz~20 kHz的聲波能被人耳識別。MLCC發出嘯叫聲音，即是說，MLCC在電壓作用下發生幅度較大的振動（微觀的較大，小于1nm）。

MLCC為什么會振動？

在了解MLCC為什么要振動之前，我們要先了解一種自然現象，在外電場作用下，所有的物質都會產生伸縮形變——電致伸縮。

對于某些高介電常數的鐵電材料，電致伸縮效應劇烈，稱為——壓電效應。

壓電效應的定義：在沒有對稱中心的晶體上施加壓力、張力和切向力時，則發生與應力成比例的介質極化，同時在晶體兩端面將出現正、負電荷，這一現象稱為正壓電效應。反之在晶體上施加電場而引起極化，則產生與電場強度成比例的變形或機械應力，這一現象稱為逆壓電效應。這兩種正、逆壓電效應統稱為壓電效應。

正壓電效應：對具有壓電特性的介質材料施加機械壓力，介質晶體會發生結構重組排布，材料表面會感應出電荷，產生電位差。

逆壓電效應：對具有壓電特性的介質材料施加電壓，則產生機械應力，發生形變。

所有MLCC都會嘯叫嗎？

MLCC設計制造陶瓷介質材料主要有順電介質和鐵電介質兩大類。

順電介質

又稱I類介質，主要有SrZrO3、MgTiO3等。順電介質電致伸縮形變很小，在工作電壓下，不足以產生噪聲。所以，順電介質(I類介質)材料做的MLCC，如NPO（COG）等溫度穩定性產品，就不會產生噪聲嘯叫。

鐵電介質

又稱II類介質，主要BaTiO3、BaSrTiO3等。鐵電介質具有強烈的電致伸縮特性—壓電效應。因此，鐵電介質（II類介質）做的MLCC，如X7R/X5R特性產品，在較大的交流電場強度作用下會產生明顯的噪聲嘯叫。

如上所示，X7R-MLCC兩端加上大幅度變化電壓后，BaTiO3陶瓷產生逆壓電效應，MLCC形變振動并傳遞到PCB板上發生共振。

頻率在20Hz到20kHz之間，使用X7R/X5R類中高容量MLCC，會產生明顯的嘯叫，如開關電源、高頻電源等場合。

解決嘯叫的對策

降低MLCC電容器產生的可聽噪聲的方法有很多，所有解決方案都會增加成本。

1、改變電容器類型是最直接的方法，用順電陶瓷電容、鉭電容和薄膜電容等不具有壓電效應的電容器替代。但需要考慮體積空間、可靠性和成本等問題。

2、調整電路，將加在MLCC大的交變電壓消除或者將其頻率移出人耳聽感頻段 (人耳最敏感音頻為1KHz~3KHz)。

3、注意PCB布局、PCB板規格，幫助降低嘯叫水平。

4、選用無噪聲或低噪聲的MLCC。

關于無噪/低噪聲MLCC的設計，目前針對MLCC的嘯叫現象，設計解決措施有三種。

①加厚底部保護層

由于保護層厚度部分是沒有內電極的，這部分的BaTiO3陶瓷不會發生形變，當兩端的焊錫高度不超過底保護層厚度，這時產生的形變對PCB影響要小，有效地降低噪聲。

②附加金屬支架結構

結構圖如下，它采用金屬支架把MLCC芯片架空。

MLCC與PCB板隔空，把逆壓電效應產生形變通過金屬支架彈性緩沖，減少對PCB板的作用，有效的降低噪聲。

③使用壓電效應弱的介質材料設計制造

通過對鈦酸鋇（BaTiO3）進一步摻雜犧牲一定的介電常數和溫度特性，得到壓電效應大大減弱的介質材料，用其制造的MLCC可有效的降低噪聲。各大MLCC廠家，都有相應低噪材質的MLCC產品系列。

不知道屏幕前的讀者們，所做電子類產品，是如何解決電容嘯叫的問題？