如何理解温度特性TCC
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2020-11-13
A.温度系数(容量—温度特性)：
通过调整配方将居里点尖峰移至室温附近的高K介质在25℃时展现出极高的介电常数，但同时，不管是升温还是降温，K值都会出现非常大的变化。而低K介质，其配方系统使得居里尖峰被压低和宽化，因此能如人们所希望的那样表现出更佳的稳定性。
Ⅰ类瓷的温度系数(T.C.)用ppm/℃表示，而Ⅱ类瓷用%ΔC。测量温度系数的方法是将片式电容器样品置于温度可控的温度实验室或“T.C.”实验室中，精确地读取不同温度(通常为-55℃、25℃、125℃)下的电容量。显然，精密的夹具和测试仪器就变得非常重要了，特别是测量小电容量时，其ppm/℃数值非常小，容量较基准值的变化往往远小于1皮法。由于存在去老化性，因此在测高K的Ⅱ类介质时就必须注意。如果在加热过程中对去老化的样品进行测量，其T.C.结果肯定是错误的;所以T.C.测量必须在对电容器去老化后至少一个小时才能进行。
采用下面的表达式就可以计算出任何给定的温度范围内Ⅰ类介质的温度系数，单位为ppm/℃：
T.C.(ppm/℃) = [(C2 – C1) / C1(T2 – T1)]106
这里： C1 = T1下的电容量
C2 = T2下的电容量
且 T2 > T1
举例：某一样品的电容量测量值如下：
-55℃，1997 pF
25℃，2000 pF
125℃，2004 pF
则-55℃到25℃范围内的T.C.斜率为：
T.C. = [(2000-1997)106] / 1997[25-(-55)] = 18.7 ppm/℃
25℃到125℃范围内的T.C.斜率为：
T.C. = [(2004-2000)106] / 2000(125-25) = 20.0 ppm/℃
Ⅱ类介质的温度系数是以在室温基准值上变化的百分数来表示的，其变化量较线性介质大了好几个数量级。
T.C.( %) = (C2 – C1) / C1
这里： C1 = T1下的电容量
C2 = T2下的电容量
B.介质的分类
Ⅰ类介质由于其采用非铁电(顺电)配方，以TiO2为主要成分(介电常数小于150)，因此具有最稳定的性能。通过添加少量其他(铁电体)氧化物，如CaTiO3 或SrTiO3，构成“扩展型”温度补偿陶瓷则可表现出近似线性的温度系数，介电常数增加至500。两种类型的介质都适用于电路中对稳定性要求很高的电容器，即介电常数无老化或老化可忽略不计，低损耗(DF<0.001，或对于扩展型T.C.介质DF<0.002)，容量或介质损耗随电压或频率的变化为零或可忽略不计以及线性温度特性不超出规定的公差。
用“字母—数字—字母”这种代码形式来表示Ⅰ类陶瓷温度系数的方法已经被广泛应用，并被美国电子工业协会(EIA)标准198所采用。
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a |
b |
c |
d |
e |
f |
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温度系数的有效数字（ppm/℃) |
a列的代码 |
a列的乘数 |
c列的代码 |
误差范围（ppm/℃) |
e列的代码 |
|
0.0 |
C |
-1.0 |
0 |
30 |
G |
|
1.0 |
M |
-10 |
1 |
60 |
H |
|
1.5 |
P |
-100 |
2 |
120 |
J |
|
2.2 |
R |
-1000 |
3 |
250 |
K |
|
3.3 |
S |
-10000 |
4 |
500 |
L |
|
4.7 |
T |
+1 |
5 |
1000 |
M |
|
7.5 |
U |
+10 |
6 |
2500 |
N |
|
|
|
+100 |
7 |
|
|
|
|
|
+1000 |
8 |
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|
|
|
|
+10000 |
9 |
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|
片式电容器中最常用的Ⅰ类介质是COG，温度系数为0 ppm/℃±30 ppm/℃，也就是MIL标准中的NPO(负—正—零)，其具有很平的温度系数。
实际测量的温度系数并非符合完美的线性关系，但只要其数值不超出EIA代码最后一个字母所规定的公差范围就可以接受：
举例：
C0G -0 ppm/℃±30 ppm/℃
S2L -330 ppm/℃±500 ppm/℃
U2J -750 ppm/℃±120 ppm/℃
M7G -100 ppm/℃±30 ppm/℃
Ⅱ类介质由铁电体所组成。这类介质的介电常数比Ⅰ类介质高得多，但其性能随温度、电压、频率和时间变化的稳定性较差。由于铁电陶瓷性能的多样化，有必要根据温度特性将此类介质分为两个亚类。
“稳定的中K” Ⅱ类瓷，以25℃为基准，在-55℃到125℃的范围内最大温度系数为±15%。此种介质的介电常数在600到4000之间，与EIA中X7R的性质相符。
“高K” Ⅱ类瓷，温度系数超出X7R的水平。这种高K介质的介电常数高达4000~18000，但温度系数曲线非常陡峭，原因在于居里点移动到室温附近，出现了最大的介电常数。
|
a |
b |
c |
d |
e |
f |
|
下限工作温度℃ |
a列的代码 |
上限工作温度℃ |
c列的代码 |
最大容量变化率±%ΔC |
e列的代码 |
|
+10 |
+45 |
2 |
1.0 |
G |
|
|
-30 |
Y |
+65 |
4 |
1.5 |
H |
|
-55 |
X |
+85 |
5 |
2.2 |
J |
|
|
|
+105 |
6 |
3.3 |
K |
|
|
|
+125 |
7 |
4.7 |
L |
|
|
|
+150 |
8 |
7.5 |
M |
|
|
|
|
|
10.0 |
P |
|
|
|
|
|
15.0 |
R |
|
|
|
|
|
22.0 |
S |
|
|
|
|
|
+22-33 |
T |
|
|
|
|
|
+22-56 |
U |
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|
|
|
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+22-82 |
V |
用于片式电容器制造的最普遍的中K材料为X7R(-55℃到125℃内ΔC最大值±15%)。而对于高K类材料，Z5U(+10℃到+85℃内ΔC最大值+22% ~ -56%)和Y5V(-30℃到+85℃内ΔC最大值+22% ~ -82%)最为常用。
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