MLCC——多層片式陶瓷電容器，簡稱貼片電容，會(hui) 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(men) 對電子設備的需求趨於(yu) 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(chan) 生的“嘯叫”問題已成為(wei) 設計方麵的課題。

聲音源於(yu) 物體(ti) 振動，振動頻率為(wei) 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(yu) 1nm）。

MLCC為(wei) 什麽(me) 會(hui) 振動？我們(men) 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(hui) 產(chan) 生伸縮形變——電致伸縮。對於(yu) 某些高介電常數的鐵電材料，電致伸縮效應劇烈，稱為(wei) ——壓電效應。壓電效應包括正壓電效應和逆壓電效應

小結：嘯叫原理

片狀獨石電容器由於(yu) 強介電常數的陶瓷的壓電特性，在施加交流電壓的情況下，像上圖所示進行收縮。

結果如上圖所示，電路板將朝平麵方向振動。(芯片及電路板的振幅僅(jin) 為(wei) 1pm～1nm左右)

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

正壓電效應對具有壓電特性的介質材料施加機械壓力，介質晶體(ti) 會(hui) 發生結構重組排布，材料表麵會(hui) 感應出電荷，產(chan) 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(chan) 生機械應力，發生形變。

壓電效應的學術定義(yi) ：“在沒有對稱中心的晶體(ti) 上施加壓力、張力和切向力時，則發生與(yu) 應力成比例的介質極化，同時在晶體(ti) 兩(liang) 端麵將出現正、負電荷，這一現象稱為(wei) 正壓電效應。反之在晶體(ti) 上施加電場而引起極化，則產(chan) 生與(yu) 電場強度成比例的變形或機械應力，這一現象稱為(wei) 逆壓電效應。這兩(liang) 種正、逆壓電效應統稱為(wei) 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(wei) 壓電效應，則會(hui) 產(chan) 生振動。

所有MLCC都會(hui) 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(liang) 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(chan) 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(chan) 品，就不會(hui) 產(chan) 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(chan) 品，在較大的交流電場強度作用下會(hui) 產(chan) 生明顯的噪聲嘯叫。

如上所示，X7R-MLCC兩(liang) 端加上大幅度變化電壓後，BaTiO3陶瓷產(chan) 生逆壓電效應，MLCC形變振動並傳(chuan) 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(nei) ，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(hui) 產(chan) 生明顯的嘯叫，如開關(guan) 電源、高頻電源等場合。

嘯叫的危害許多移動電子設備靠近人耳，如：筆記本電腦、平板電腦、智能手機等，如電子電路中有可聽噪聲會(hui) 影響使用感受。劇烈的嘯叫除了令人生厭外，還可能存在著可靠性設計不足的隱患。劇烈的嘯叫源於(yu) 劇烈的振動，振動幅度由壓電效應程度決(jue) 定。壓電效應與(yu) 電場強度成正比，外加電壓不變，介質越薄，壓電效應越強，嘯叫聲音越大。

額定電壓由MLCC的材質和介質厚度決(jue) 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。

對鐵電陶瓷，在交變電場作用下，還存在鐵電疇交替轉向內(nei) 摩擦方麵的問題，交變場強大，內(nei) 摩擦嚴(yan) 重，失效機率上升。這可在嘯叫聲音的大小上反映出來的。

解決(jue) 嘯叫的對策降低MLCC電容器產(chan) 生的可聽噪聲的方法有很多，所有解決(jue) 方案都會(hui) 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(ti) 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(wei) 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。

無噪/低噪聲MLCC的設計目前針對MLCC的嘯叫現象，設計解決(jue) 措施有三種。

（1）加厚底部保護層由於(yu) 保護層厚度部分是沒有內(nei) 電極的，這部分的BaTiO3陶瓷不會(hui) 發生形變，當兩(liang) 端的焊錫高度不超過底保護層厚度，這時產(chan) 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(yu) PCB板隔空，把逆壓電效應產(chan) 生形變通過金屬支架彈性緩衝(chong) ，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(chan) 品係列。