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MLCC產品容值偏低現象

     針對經常有客戶問及容值偏低的問題，本文從儀器差異、測試環境、測試條件、材料老化等方面對此作出完整之說明及解釋,以期對MLCC產品容值偏低現象有進一步的認識。

1、量測儀器差異對量測結果之影響.
  高容量的電容量測時更易有容值偏低現象，主要原因是電容兩端之實際施于電壓無法達到測試條件需求所致，也就是說加在電容兩端的電壓由于儀器本身內部阻抗分壓的原因與儀器顯示的設定電壓不同。為使量測結果誤差降至最低,建議客戶將儀器調校並將儀器的設定電壓與實際在產品兩端所測之電壓盡量調整,使實際于待測物上之輸出電壓一致.
2、測試條件對量測結果之影響
首先考慮量測條件的問題。對于不同容值的電容會采用不同的條件來量測其容值。主要在電壓設定和測試頻率設定上有差異，不同容值的量測條件如下表所示:

電容	AC 電壓	頻率
C>10μF	1.0± 0.2Vrms	120Hz
1000pF<C≦10μF	1.0± 0.2Vrms	1kHz
C≦ 1000pF	1.0± 0.2Vrms	1MHz

 
注： 表中所列之電壓是指實際加在電容兩端的有效電壓。
因儀器的原因，電容兩端實際的輸出電壓與設定的量測電壓實際上可能會有所偏差。
3、影響高容量測之因素
3.1 儀器內部阻抗之大小因素.
由于不同測試儀器之間的內部阻抗不相同，造成儀器將總電壓分壓而使到達測試物的實際電壓變小。在實際的測試動作中，我們可以使用萬用表等測試夾具兩端的實際電壓，以驗證實際施于測試物的輸出電壓。
3.2不同阻抗的測試儀器對比
儀器內阻100Ω壓降
1V*[100Ω/(100Ω+16Ω)]=0.86V
10uF測試電容兩端電壓 ：
1V*[16Ω/(100Ω+16Ω)]=0.14V
平均電容值讀數 ： 6-7μF


儀器內阻1.5Ω壓降 ：
1V*[1.5Ω/(1.5Ω+16Ω)]=0.086V
10uF測試電容兩端電壓  ：
1V*[16Ω/(1.5Ω+16Ω)]=0.914V
平均電容值讀數  ： 9-10μF

綜合以上實驗，可以得到有效電壓與電容量的關系如下：
→ 當AC Voltage 較小，則量測出之電容值偏小
→當AC Voltage 較大，則量測出之電容值偏大
下圖為量測電壓與量測容值的對照圖
  
3.3 電容大小因素
電容量大小會影響電容之阻抗.
Z(Ω)=R+j(-1/ωc)
where ω=2π f
∵ 電容之R很小∴Z(Ω) ≒ 1/ωc
Ex：10μF Z ≒ 1/(2 π *1k*(10*10-6)
≒16 (Ω)
22μF Z ≒ 1/(2 π *1k*(22*10-6)
≒7.2 (Ω)
22μF Z ≒ 1/(2 π *120*(22*10-6)
≒60.3 (Ω)
Z(Ω) ≒ 1/ωc
Ex： 10μF Z ≒ 1/(2 π *1k*(10*10-6)
≒16 (Ω)
因此待測電容兩端之AC Voltage要保持在1Vrms則儀器之輸出電流
I(rms)=V(rms)/Z=1/16=62.5 mA
所以若儀器之最大輸出電流小于62.5 mA，則待測電容兩端之AC Voltage會
小于1Vrms，所測得之容值就會變小。
3.4、頻率因素
Z(Ω) ≒ 1/ωc
Ex：22μF，1kHz Z ≒ 1/(2 π *1k*(22*10-6)
≒7.2 (Ω)
22μF，120Hz Z ≒ 1/(2 π *120*(22*10-6)
≒60.3 (Ω)
→因此當頻率愈大， Z愈小，要使待測電容兩端之AC Voltage維持一定，則
儀器可提供之輸出電流必須夠大，若儀器可提供之輸出電流太小，待測電容
兩端之AC Voltage會變小，所測得之容值就會變小。
4、量測環境條件對量測結果之影響
電容class Ⅱ（Y5V/X7R/X5R）產品被稱為非溫度補償性元件,即在不同的工
作溫度下,容量會有比較明顯的變化,我們舉Y5V為例說明：
Y5V 的溫度特性如下圖所示：

→代表的意思為：在不同的操作溫度下，容值與實際容值之間的差異量。比如，在40℃時的測試資料將比25℃時的測試資料低了近20%。所以，在外部溫度比較高的情況下,諸如夏天,容值的測試值就會顯的偏低。通常建議放置在25℃的環境下一段時間,使材料于較穩定之測試環境下再進行測試。
5、MLCC產品材料老化現象
老化是指電容容值隨時間降低的現象，它在所有以鐵電系材料做介電質的材料均有發生，是一種自然，不可避免的現象。發生的原因是內部晶體結構隨溫度和時間產生變化導致了容值下降的現象，屬可逆現象。
老化速率呈典型對數曲線如下：





   當對老化的材料施加高于材料居里溫度的高溫，當環境溫度回到常溫後,材料的分子結構將會回到原始的狀態。材料將由此開始老化的又一個循環。建議進行容值恢復所使用之條件為150℃/1hour。然后在常溫25℃下放置24小時，再行測試，容值將恢復到正常規格之內。
或者以如下方式驗證：將測試容量偏低的產品浸至錫爐或過回流焊后，再行測試，容值將恢復到正常規格之內。
客戶不需要在上線前,事先進行容值恢復動作,只需要將元件置於板上正常生產作業,產品經過回流焊或波峰焊後,即可恢復正常容值。