干货 | MLCC为什么会啸叫？

▲ 了解更多精彩内容 点击上方蓝字关注我们

MLCC——多层片式陶瓷电容器，简称贴片电容，会引起噪声啸叫问题……

笔记本电脑电源电路的啸叫示例部位：

随着人们对电子设备的需求趋于平静，在笔记本电脑、手机、数码相机 (DSC) 等各种应用设备的电源电路方面，以前未引起重视的由电容器振动所产生的“啸叫”问题已成为设计方面的课题。

声音源于物体振动，振动频率为20Hz~20 kHz的声波能被人耳识别。

MLCC发出啸叫声音，即是说，MLCC在电压作用下发生幅度较大的振动（微观的较大，小于1nm）。

MLCC为什么会振动？我们要先了解一种自然现象——电致伸缩。在外电场作用下，所有的物质都会产生伸缩形变——电致伸缩。

对于某些高介电常数的铁电材料，电致伸缩效应剧烈，称为——压电效应。压电效应包括正压电效应和逆压电效应。

片状独石电容器由于强介电常数的陶瓷的压电特性，在施加交流电压的情况下，像如图2所示进行收缩。

结果如图3所示，电路板将朝平面方向振动。(芯片及电路板的振幅仅为1pm～1nm左右)

该电路板的振幅周期在达到人们能够听到的频率带 (20Hz～20kHz) 时，声音可通过人耳识别。

正压电效应对具有压电特性的介质材料施加机械压力，介质晶体会发生结构重组排布，材料表面会感应出电荷，产生电位差。

正压电效应—外力作用产生电荷

逆压电效应对具有压电特性的介质材料施加电压，则产生机械应力，发生形变。

逆压电效应—电压作用产生形变

压电效应的学术定义：“在没有对称中心的晶体上施加压力、张力和切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端面将出现正、负电荷，这一现象称为正压电效应。

反之在晶体上施加电场而引起极化，则产生与电场强度成比例的变形或机械应力，这一现象称为逆压电效应。这两种正、逆压电效应统称为压电效应。”

陶瓷介质是MLCC主要组成部分，电压作用下，电致伸缩不可避免。如电致伸缩强烈表现为压电效应，则会产生振动。

所有MLCC都会啸叫吗？MLCC设计制造陶瓷介质材料主要有顺电介质和铁电介质两大类。

顺电介质又称I类介质，主要有SrZrO3、MgTiO3等。顺电介质电致伸缩形变很小，在工作电压下，不足以产生噪声。

所以，顺电介质(I类介质)材料做的MLCC，如NPO（COG）等温度稳定性产品，就不会产生噪声啸叫。

铁电介质又称II类介质，主要BaTiO3、BaSrTiO3等。铁电介质具有强烈的电致伸缩特性—压电效应。

因此，铁电介质（II类介质）做的MLCC，如X7R/X5R特性产品，在较大的交流电场强度作用下会产生明显的噪声啸叫。

如上所示，X7R-MLCC两端加上大幅度变化电压后，BaTiO3陶瓷产生逆压电效应，MLCC形变振动并传递到PCB板上发生共振。

当电压信号的频率在20Hz~20kHz人耳听觉范围内，则能听到电容在啸叫。

哪些场合MLCC啸叫明显？较大的交变电压，频率在20Hz到20kHz之间，使用X7R/X5R类中高容量MLCC，会产生明显的啸叫，如开关电源、高频电源等场合。

啸叫的危害许多移动电子设备靠近人耳，如：笔记本电脑、平板电脑、智能手机等，如电子电路中有可听噪声会影响使用感受。

剧烈的啸叫除了令人生厌外，还可能存在着可靠性设计不足的隐患。剧烈的啸叫源于剧烈的振动，振动幅度由压电效应程度决定。

压电效应与电场强度成正比，外加电压不变，介质越薄，压电效应越强，啸叫声音越大。

额定电压由MLCC的材质和介质厚度决定的，剧烈的啸叫表示对当前工作电压所选用的MLCC介质厚度过薄，应当考虑选用介质更厚，额定电压更高的MLCC。

对于铁电陶瓷，在交变电场作用下，还存在铁电畴交替转向内摩擦方面的问题，交变场强大，内摩擦严重，失效机率上升。这可在啸叫声音的大小上反映出来的。

解决啸叫的对策降低MLCC电容器产生的可听噪声的方法有很多，所有解决方案都会增加成本。

1、改变电容器类型是最直接的方法，用顺电陶瓷电容、钽电容和薄膜电容等不具有压电效应的电容器替代。但需要考虑体积空间、可靠性和成本等问题。

2、调整电路，将加在MLCC大的交变电压消除或者将其频率移出人耳听感频段 (人耳最敏感音频为1KHz~3KHz)。

3、注意PCB布局、PCB板规格，帮助降低啸叫水平。

4、选用无噪声或低噪声的MLCC。

无噪/低噪声MLCC的设计目前针对MLCC的啸叫现象，设计解决措施有三种。

1）加厚底部保护层由于保护层厚度部分是没有内电极的，这部分的BaTiO3陶瓷不会发生形变，当两端的焊锡高度不超过底保护层厚度，这时产生的形变对PCB影响要小，有效地降低噪声。

2）附加金属支架结构结构图如下，它采用金属支架把MLCC芯片架空。

MLCC与PCB板隔空，把逆压电效应产生形变通过金属支架弹性缓冲，减少对PCB板的作用，有效的降低噪声。

3）使用压电效应弱的介质材料设计制造通过对钛酸钡（BaTiO3）进一步掺杂牺牲一定的介电常数和温度特性，得到压电效应大大减弱的介质材料，用其制造的MLCC可有效的降低噪声。各大MLCC厂家，都有相应低噪材质的MLCC产品系列。

免责声明：本文系网络转载，版权归原作者所有。如本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请在文末留言告知，我们将在第一时间处理！本文内容为原作者观点，并不代表本公众号赞同其观点和对其真实性负责。

干货｜聊聊升压型DC/DC转换器的PCB“接地”

干货｜如何利用裸露焊盘实现PCB布线最佳连接？

干货 | 开关电源9个电路设计实例分析

干货 | 示波器探头各种作用及工作原理，你都理解清楚了吗？

在公众号内回复您想搜索的任意内容，如问题关键字、技术名词、bug代码等，就能轻松获得与之相关的专业技术内容反馈。快去试试吧！

由于微信公众号近期改变了推送规则，如果您想经常看到我们的文章，可以在每次阅读后，在页面下方点一个「赞」或「在看」，这样每次推送的文章才会第一时间出现在您的订阅列表里。

或将我们的公众号设为星标。进入公众号主页后点击右上角「三个小点」，点击「设为星标」，我们公众号名称旁边就会出现一个黄色的五角星（Android 和 iOS 用户操作相同）。

聚焦行业热点， 了解最新前沿

敬请关注EEWorld电子头条

http://www.eeworld.com.cn/mp/wap

复制此链接至浏览器或长按下方二维码浏览

以下微信公众号均属于

EEWorld（www.eeworld.com.cn）

EEWorld订阅号：电子工程世界

EEWorld服务号：电子工程世界福利社