高容量MLCC測(cè)量中的常見問題及解決方案

在使用LCR儀表測(cè)量高容量MLCC（例如X5R/X7R材質(zhì)）時(shí)，經(jīng)常遇到測(cè)得的電容值低于規(guī)定公差范圍的情況。這主要是由于II類材質(zhì)MLCC的容量會(huì)隨著溫度、電壓（AC/DC）和頻率的變化而顯著變化。導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏差的主要原因包括：

1. 測(cè)量條件不符合規(guī)定：MLCC的特性會(huì)受到溫度、頻率和電壓的影響，因此測(cè)量時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定條件進(jìn)行。具體的測(cè)量條件如下表所示：

2. 儀器測(cè)量能力不足或設(shè)置不正確：測(cè)量?jī)x器的精度和測(cè)量條件必須滿足上述要求，才能得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。因此，需要使用具備精確測(cè)量能力的儀器，如德科技的E4980A、4981A等LCR儀表。

典型測(cè)量?jī)x器及其測(cè)量原理

典型的LCR儀表使用自動(dòng)平衡電橋法進(jìn)行測(cè)量。電橋的測(cè)量原理是通過保持電阻R和被測(cè)元件（DUT）之間的電流相等，以確定DUT的阻抗值。通過測(cè)量輸入和輸出電壓及其相位差，計(jì)算出電阻和電抗的分量，從而確定電容和損耗因子。

LCR儀表的實(shí)際測(cè)量電壓往往與設(shè)定的電源電壓不同，尤其是在測(cè)量高容量MLCC時(shí)，實(shí)際施加在元件上的電壓可能不足，導(dǎo)致測(cè)量偏差。因此，建議使用具備自動(dòng)電平控制（ALC）功能的LCR電橋，確保測(cè)量電壓保持在預(yù)設(shè)值。

測(cè)量電路模式的選擇

測(cè)量電路模式通常包括并聯(lián)等效電路模式和串聯(lián)等效電路模式，選擇哪種模式取決于待測(cè)電容器的阻抗值：

• 小電容情況：小電容具有較大的電抗，適合采用并聯(lián)等效電路模式測(cè)量。
• 大電容情況：大電容的電抗較小，適合采用串聯(lián)等效電路模式測(cè)量。

當(dāng)測(cè)量超過10µF的電容器時(shí)，建議使用串聯(lián)等效電路模式，因?yàn)槠渥杩馆^低。

測(cè)量高容量MLCC的完整解決方案

為了確保高容量MLCC測(cè)量的準(zhǔn)確性，可以采取以下完整的解決方案：

1. 選擇合適的測(cè)量設(shè)備
   • 使用具備高精度和自動(dòng)電平控制（ALC）功能的LCR儀表，例如德科技的E4980A、4981A等。這些儀表能夠確保測(cè)量條件的穩(wěn)定性，從而提高測(cè)量精度。
   • 原因：高容量MLCC的測(cè)量對(duì)儀表精度要求高，普通儀表可能無法滿足這些要求，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。因此，選擇合適的儀表是確保測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。
2. 測(cè)量前的準(zhǔn)備工作
3. 設(shè)備預(yù)熱：測(cè)量前需提前打開設(shè)備預(yù)熱至少30分鐘，確保儀器各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定。
4. 校準(zhǔn)操作：進(jìn)行短路和開路校準(zhǔn)，消除系統(tǒng)誤差，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
5. 原因：預(yù)熱可以讓儀器達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，減少由于溫度變化引起的測(cè)量漂移；校準(zhǔn)則可以消除儀器自身的誤差。
6. 根據(jù)高容量MLCC的標(biāo)稱容量，嚴(yán)格按照表1中列出的測(cè)量溫度、頻率和電壓條件進(jìn)行設(shè)置，以減少測(cè)量條件不當(dāng)導(dǎo)致的誤差。
7. 操作方法：檢查并設(shè)置儀表的溫度、頻率和電壓，確保這些條件與表1中要求的一致。
8. 原因：MLCC的容量會(huì)隨著溫度、頻率和電壓的變化而變化，因此嚴(yán)格遵循規(guī)定條件才能獲得準(zhǔn)確的測(cè)量值。
9. 根據(jù)待測(cè)電容器的阻抗值，選擇并聯(lián)或串聯(lián)等效電路模式。當(dāng)電容器的容量較大（超過10µF）時(shí)，應(yīng)使用串聯(lián)等效電路模式，以減少測(cè)量誤差。
10. 操作方法：對(duì)于大容量電容，選擇串聯(lián)模式；對(duì)于小容量電容，選擇并聯(lián)模式。
11. 原因：不同電路模式對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響不同，選擇合適的電路模式可以減小測(cè)量誤差。
12. 測(cè)量過程中，應(yīng)確保LCR儀表的ALC功能開啟，以保持測(cè)量電壓的穩(wěn)定。例如，當(dāng)ALC關(guān)閉時(shí)，實(shí)際輸出電壓可能低于設(shè)定值，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏低。
13. 原因：開啟ALC功能可以保證輸出電壓與設(shè)定值一致，從而避免因電壓不足導(dǎo)致的測(cè)量偏差。
14. 例如，測(cè)量1206 X5R 47µF ±20% 6.3V的MLCC時(shí)，正確的測(cè)量頻率和電壓為120Hz和0.5Vrms。如果使用錯(cuò)誤的條件（如1kHz和1Vrms），測(cè)得的容量可能顯著偏低，甚至低于20%以上。
15. 另一個(gè)例子是測(cè)量0805 X7R 10µF ±10% 16V的產(chǎn)品，使用1kHz和1Vrms的條件。當(dāng)ALC開啟時(shí)，測(cè)量結(jié)果為10.31µF，符合公差范圍；而當(dāng)ALC關(guān)閉時(shí)，實(shí)際輸出電壓不足，測(cè)量結(jié)果為8.32µF，明顯偏低。
16. 1206 X7R 10µF 25V ±10% 測(cè)量實(shí)例：
    • 使用錯(cuò)誤的測(cè)量條件（1kHz和1.0Vrms）測(cè)量時(shí)，得到的電容值為8.45µF，低于標(biāo)稱值10µF的容差范圍。這是由于測(cè)量頻率過高，導(dǎo)致高容量MLCC的容量表現(xiàn)降低。
    • 使用正確的測(cè)量條件（120Hz和0.5Vrms）測(cè)量時(shí)，得到的電容值為10.12µF，符合公差范圍。這說明按照規(guī)定條件進(jìn)行測(cè)量，可以有效保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。
17. 原因：這些實(shí)例展示了錯(cuò)誤測(cè)量條件和設(shè)置對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，幫助工程師理解正確操作對(duì)于測(cè)量準(zhǔn)確性的重要性。
18. 溫度控制：測(cè)量環(huán)境的溫度應(yīng)控制在規(guī)定范圍內(nèi)（例如25±3℃），因?yàn)闇囟葘?duì)MLCC的容量和損耗有顯著影響。
19. 減少干擾：遠(yuǎn)離大型電氣設(shè)備，避免外部電磁干擾，確保測(cè)量穩(wěn)定性。
20. 操作方法：確保測(cè)量環(huán)境符合要求，采取措施減少電磁干擾，如使用屏蔽裝置。
21. 原因：環(huán)境溫度和干擾會(huì)直接影響測(cè)量精度，控制這些因素有助于提高測(cè)量可靠性。
22. 每次測(cè)量時(shí)應(yīng)記錄測(cè)量條件（溫度、頻率、電壓）和結(jié)果（容量、損耗因子）。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以判斷測(cè)量的穩(wěn)定性和重復(fù)性。
23. 原因：數(shù)據(jù)記錄和分析有助于追蹤測(cè)量結(jié)果的變化，發(fā)現(xiàn)潛在問題并及時(shí)改進(jìn)，確保測(cè)量的可靠性和一致性。
24. 設(shè)置合適的測(cè)量條件
25. 選擇正確的測(cè)量電路模式
26. 使用ALC（自動(dòng)電平控制）功能
27. 測(cè)量實(shí)例
28. 測(cè)量環(huán)境的控制
29. 數(shù)據(jù)記錄與分析

專業(yè)參考文獻(xiàn)與技術(shù)文獻(xiàn)

為了進(jìn)一步幫助工程師理解并應(yīng)用以上測(cè)量方法，建議參考以下專業(yè)技術(shù)文獻(xiàn)：

1. 《MLCC測(cè)量的理論與實(shí)踐》 - 詳細(xì)介紹了MLCC的測(cè)量原理和實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。
2. 《安捷倫LCR儀表使用手冊(cè)》包含了E4980A、4981A等儀表的詳細(xì)使用方法和測(cè)量案例，幫助工程師更好地掌握儀器的操作。
3. 《電容器特性與測(cè)量技術(shù)》 - 涵蓋了各種類型電容器的特性以及如何選擇合適的測(cè)量方法，提供了深入的理論基礎(chǔ)。

通過參考以上文獻(xiàn)，可以加深對(duì)高容量MLCC測(cè)量技術(shù)的理解，以便在實(shí)際應(yīng)用中取得更好的測(cè)量結(jié)果。

• 詳解抗彎性能（Bending Test, 3mm Flex Test）
• 詳解10μF以上MLCC電容的容值測(cè)試：如何正確測(cè)試并避免誤差