在项目中使用陶瓷电容器时，当陶瓷电容损坏压电效益和开裂等现象

当我与一些知识渊博的锁相环 (PLL) 设计师合作时，我了解到了这一点。他们告诉我，除了 C0G 或 X7R 电容器之外的任何东西都会有问题。这个“问题”是，除了用于制造 C0G 电容器的电介质之外，任何电介质都使用天然压电材料，并且在变形时会导致电压在部件上产生。我认为 PLL 设计人员首先发现这个问题是在设计显示冷却风扇旋转频率处的射频边带时。风扇使 PCB 振动，这种振动导致相关电容器产生足够的压电电压来调制 PLL 的振荡器调谐线，从而产生边带。将电容器更改为 C0G 类型使问题消失。

电容器行业知道这一点，他们称之为：“唱歌电容器”，因为大多数人以与我的经验相反的方式了解这种压电现象。如果在其中一个电容器上施加交流电压，它们就会自行弯曲，如果频率、电压和安装恰到好处，它会将 PCB 变成扬声器，从而产生可听噪声。

阅读许多笔记本电脑的评论有时会描述在某些笔记本电脑的特定负载条件下可以听到的可听见的呜呜声。他们通常将此描述为“线圈啸叫”，但它可能实际上是一个“唱歌电容器”。

一些制造商已经修改了他们的电容器的设计，以减轻问题并降低可能的噪声 。

过去有一些很好的工作来证明和衡量这些问题，我在这里重复它们是没有意义的，请参阅参考资料。

正如我根据其他设计师的经验所提到的，在我的模拟设计中，除了 C0G 和 X7R 电容器之外，我一直远离任何其他电容器，只在必须使用的地方使用更高密度的电容器，例如在 FPGA 的电源焊盘之间等。 ，或者在严格的数字设计中。虽然，如果您在时钟线路中使用这些压电电容器中的一个，谁能说某些压电电位不会导致开关阈值抖动，从而在线路的下游造成不必要的时钟抖动?当心!

我一直认为 X7R 电容器不会受到压电问题的影响，但事实并非如此，因为 X7R 电容器使用的电介质材料本身也是压电的。只是到目前为止，压电电荷水平太低而不会引起任何问题，您的里程可能会像他们所说的那样有所不同。这种情况随时可能改变，正如我对 2017 年电容器严重短缺的经历所表明的那样，因此最好非常谨慎。或者在适当的情况下使用一种专门设计的低噪声电容器。

当陶瓷电容器坏了——开裂问题

陶瓷电容器非常脆弱。谁没有破解或端盖脱落?在薄 PCB 上使用大型陶瓷电容器可能会加剧这种脆弱性，在这种情况下，弯曲会导致许多电容器破裂。我的经验是，我害怕在标准 0.032 或 0.062 英寸厚的 PCB 上使用任何大于 1206 尺寸的部件。我什至以工字梁方式将电容器直立安装，以减少可能的应力。许多大型陶瓷电容器阵列甚至安装在应力消除框架中，以减少可能的开裂应力。如果对任何已完成的 PCB 组件施加力，导致任何弯曲(红线)。然后沿弯曲安装的任何部件将在其安装点(黑线)处受到力。陶瓷电容器非常脆，通常首先受到弯曲力的影响，并在安装点处破裂。

电容器结构在某种程度上确实很重要，但所有陶瓷电容器都容易因弯曲应力而破裂。牢记这一点并根据组件的尺寸使用适当厚度的 PCB 以减少可能的弯曲是很好的。0.090 或 0.120 英寸厚的 PCB 比标准的 0.032 或 0.062 英寸厚的材料更硬，可能足以解决任何潜在问题。

请记住，弯曲应力不仅会在您对板进行物理变形时发生。对完成的组件进行温度循环也会导致足够的应力使陶瓷电容器破裂。

一些制造商生产的电容器具有特殊的柔性或软端子，允许焊点实际弯曲一些，这可以极大地帮助缓解问题。

任何小于 0603 的组件的另一个实际问题是，当您处理电路板或尝试将组装好的电路板放入坚硬/法拉第屏蔽的金属化防静电袋中时。这些类型的金属袋非常坚硬，可以很容易地将小零件从板上剪下来。在将组件放入坚硬的法拉第屏蔽袋之前，将组件放入更柔顺或有衬垫的防静电袋中可以防止很多损坏问题。

你不知道你不知道什么

所有这些电容器问题都已广为人知并已记录在案，但仍未得到普通工程界的广泛认可。我今天仍然看到尝试在模拟信号路径中使用尽可能小的电容器的设计。遗憾的是，这些设计人员即将直接了解电容下降、失真和压电问题。这是不幸的，因为像我一样被引导绕过陷阱的痛苦要小得多，所以如果我不得不亲自遇到所有这些问题，我所遭受的痛苦就没有那么大了。

最近，在电容器严重短缺之后，我重新评估了我可以根据我假设的压电经验法则做出多少外推，即 X7R 电容器在某种程度上不受这个问题的影响。我不再盲目假设，而是更加谨慎。正如 TDK 应用说明 [7] 所述：

“工程师不能仅根据……{电路外}……测量做出一般假设。”

仔细测试你想在电路中使用的部分，但不要试图推断其他类似的部分。它们可能完全不同，更糟糕的是，下周下一个零件短缺到来时，它们可能会发生变化。

电容器不是唯一可能的问题

当凌力尔特公司开始生产 18 位和 20 位 ADC 时，他们发现即使是较小的 SMT 电阻器也会导致失真 。事实证明，12 位和 14 位分辨率非常简单，今天任何大于 16 位的分辨率都需要进行大量仔细设计，其中每个零件都需要仔细检查非线性。包括在完成的电路板上“敲击”以寻找压电效应!