为高频应用选择表面贴装多层陶瓷电容器

当今的电子设备以越来越高的频率运行。这些产品涵盖广泛的应用，包括：

· 射频功率放大器

· 射频发电机

· 仪器仪表 - 电子和医疗

· 磁共振成像 (MRI) 设备

· 航空电子设备

· 卫星通讯

· 通用无线通信

电路设计注意事项

在要求不高的应用中，选择电容器的一个关键因素可能很简单，即确保电容器的工作电压至少与电路的工作电压一样高，然后选择合适的电容值。选择连接方法(径向引线、轴向引线或表面贴装)并执行任何与尺寸有关的优化。可能会考虑温度和电压特性(TCC 和 VCC)，但对于大多数商品应用来说，这些通常不是重要因素。

然而，随着电路工作频率的增加，其他因素，如电容器的衰减特性也很重要。例如，蓝牙电路中 2.4 GHz 频率的衰减过多会降低输出信号，从而妨碍正确操作。类似地，滤波器电路中电容器的衰减特性必须在正确频率下提供衰减。衰减特性的常用度量是自谐振频率 (SRF)。

在高频下运行的应用中要考虑的第二个因素是电容器的等效串联电阻 (ESR)。ESR 导致电路中的功率损耗大致与 ESR 值成正比。这种功率损耗通过欧姆加热转化为热量。产生的热量与 ESR 成正比(与通过器件的电流的平方成正比)。电容器结构注意事项

电容器的结构会影响其特性。显示了典型的多层陶瓷电容器 (MLCC) 的剖视图。陶瓷材料会影响 SRF 和 ESR。I 类材料(通常为 NP0 / C0G)在较高频率下谐振(即具有较高的 SRF)并具有较低的 ESR，而 II 类材料(通常为 X7R)在较低频率(较低 SRF)下谐振并具有较高的 ESR。对于高频应用，最常用的是 I 类材料。

尽管如此，即使使用这种陶瓷配方，电极材料的选择也会影响电容器的性能。虽然电极可以是铜 (Cu) 或镍 (Ni) 等贱金属，但高频应用通常需要低损耗，因此通常使用贵金属。RF 设计中使用的这些材料通常是铂 (Pt)、钯 (Pd) 或银 (Ag)。100% 钯 (100Pd) 的选择很常见。这种材料可以承受非常高的温度，这意味着电容器可以在这些温度下烧制以实现完全致密化。

在理想情况下，将使用纯银，因为它具有最佳的导电性。但是，由于其相对于其他材料的熔点较低，因此未使用它。但是，通过适当的陶瓷配方和良好控制的制造工艺，可以使用由 Ag 和 Pd 合金组成的电极。事实上，使用了低至 5% Pd 的合金。显然，一个好处是用成本较低的银代替电极中使用的昂贵的钯。这导致产品在商业上更具可行性。然而，另一个因素也起作用：一些银和钯合金的电阻比纯钯低。含 5% 钯的合金的电阻率约为纯钯的三分之一(合金为 3.8 µO•cm，而合金为 10。3 µO•cm 对于 100 % 钯)。电极的较低电阻率有助于具有较低 ESR 的部分。

处理功率损耗

虽然陶瓷材料在功率损耗中发挥作用，但普遍认为高频下的损耗主要归因于 MLCC 的电极电阻率。较低电阻率的影响可以在跨频率 ESR 的比较中看到，如图所示3. 100%钯电极零件的ESR是银钯合金电极零件的两倍之多。

较低 ESR 在需要考虑功耗的 RF 应用中是一个显着优势。为了展示较低 ESR 的优势，我们进行了连续波 (CW) RF 功率测试。两个 180 pF、1111 主体尺寸的 MLCC 平行放置并经受在 360 MHz 时输入功率为 120 W。热成像证实，使用 100% 钯电极制成的部件比使用银钯合金电极制成的部件更热。随着时间的推移对表面温度的测量表明，在达到稳定状态时，使用 100% 钯电极的部件比使用银钯合金电极制成的部件高约 5°C。

其他因素

虽然 ESR 和功率处理是射频电容器的关键性能特性，但当电极材料不同时，频率特性会发生什么变化?基本上，不多。

显示了 0402 和 0603 主体尺寸的自谐振频率和并联谐振频率如何随器件电容值的变化而变化。可以注意到，这些差别很小。类似地，插入损耗——衡量传输过程中损失多少信号的指标——在用纯钯电极制造的零件和用银钯合金电极制造的零件之间变化不大。

结论

在为高频应用选择电容器时，有几个因素会发挥作用。功率处理是关键，使用电阻较小的电极系统(银和钯的合金)制成的产品证明比使用更昂贵的纯钯电极制成的产品具有优势。这种电极材料似乎不会影响射频设计中的其他重要特性，例如 SRF、PRF 和插入损耗。