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。

 

筆記本電腦電源電路的嘯叫示例部位

 

隨著人們對電子設備的需求趨於平靜，在筆記本電腦
、手機、數碼相機 (DSC) 等各種應用設備的電源電路方麵，以前未引起重視的由電容器振動所產生的“嘯叫”問題已成為設計方麵的課題。

 

聲音源於物體振動
，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，小於1nm）。

 

MLCC為什麼會振動
？

 

我們要先了解一種自然現象——電致伸縮。

 

在外電場作用下，所有的物質都會產生伸縮形變——電致伸縮。

 

對於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。

 

壓電效應包括正壓電效應和逆壓電效應

 

 

● 片狀獨石電容器由於強介電常數的陶瓷的壓電特性，在施加交流電壓的情況下，像如圖2所示進行收縮。

 

● 結果如圖3所示，電路板將朝平麵方向振動。 (芯片及電路板的振幅僅為1pm～1nm左右)

 

● 該電路板的振幅周期在達到人們能夠聽到的頻率帶 (20Hz～20kHz) 時
，聲音可通過人耳識別。

 

 

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，材料表麵會感應出電荷
，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。

 

壓電效應的學術定義：

 

“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，同時在晶體兩端麵將出現正、fudianhe，zheyixianxiangchengweizhengyadianxiaoying。fanzhizaijingtishangshijiadianchangeryinqijihua
，zechanshengyudianchangqiangduchengbilidebianxinghuojixieyingli，zheyixianxiangchengweiniyadianxiaoying。zheliangzhongzheng、逆壓電效應統稱為壓電效應。”

 

陶瓷介質是MLCC主要組成部分
，電壓作用下
，電致伸縮不可避免。如電致伸縮強烈表現為壓電效應，則會產生振動。

 

所有MLCC都會嘯叫嗎？

 

MLCC設計製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後，BaTiO3陶瓷產生逆壓電效應，MLCC形變振動並傳遞到PCB板上發生共振。

 

當電壓信號的頻率在20Hz~20kHz人耳聽覺範圍內，則能聽到電容在嘯叫。

 

哪些場合MLCC嘯叫明顯?

 

較大的交變電壓，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。

 

 

許多移動電子設備靠近人耳，如：筆記本電腦

、平板電腦、zhinengshoujideng，rudianzidianluzhongyouketingzaoshenghuiyingxiangshiyongganshou。juliedexiaojiaochulelingrenshengyanwai
，haikenengcunzaizhekekaoxingshejibuzudeyinhuan。juliedexiaojiaoyuanyujuliedezhendong，zhendongfuduyouyadianxiaoyingchengdujueding。yadianxiaoyingyudianchangqiangduchengzhengbi，waijiadianyabubian，jiezhiyuebo
，yadianxiaoyingyueqiang，xiaojiaoshengyinyueda。

 

 

額定電壓由MLCC的材質和介質厚度決定的，劇烈的嘯叫表示對當前工作電壓所選用的MLCC介質厚度過薄

，應當考慮選用介質更厚，額定電壓更高的MLCC。

 

對(dui)鐵(tie)電(dian)陶(tao)瓷(ci)，在(zai)交(jiao)變(bian)電(dian)場(chang)作(zuo)用(yong)下(xia)，還(hai)存(cun)在(zai)鐵(tie)電(dian)疇(chou)交(jiao)替(ti)轉(zhuan)向(xiang)內(nei)摩(mo)擦(ca)方(fang)麵(mian)的(de)問(wen)題(ti)，交(jiao)變(bian)場(chang)強(qiang)大(da)，內(nei)摩(mo)擦(ca)嚴(yan)重(zhong)
，失(shi)效(xiao)機(ji)率(lv)上(shang)升(sheng)。這(zhe)可(ke)在(zai)嘯(xiao)叫(jiao)聲(sheng)音(yin)的(de)大(da)小(xiao)上(shang)反(fan)映(ying)出(chu)來(lai)的(de)。

 

 

 

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。

 

 

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

 

由於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衝，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製造

 

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
，用其製造的MLCC可有效的降低噪聲。

 

各大MLCC廠家，都有相應低噪材質的MLCC產品係列。

推薦閱讀：
詳解變頻器的製動電阻的原理
、作用及計算大小
解析電容在高速電路應用中的等效電路
外殼EMC你不知道的十四大屏蔽技術！