Capacitor Cerâmico: C0G, X7R, Y5V, NP0, etc
Os capacitores de cerâmica são usados em grandes quantidades como MLCCs de montagem em superfície e dispositivos com chumbo com várias formas de dielétricos de cerâmica: C0G, NP0, X7R, Y5V, Z5U, etc.
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Nosso Tutorial de Capacitores inclui:
Usos de Capacitores | Tipos de Capacitores | Capacitor Eletrolítico | Capacitor Cerâmico | Capacitor de Tântalo | Capacitores de Filme | Capacitor de Mica Prata | Super Capacitor | Capacitores de Montagem em Superfície | Especificações e Parâmetros | Como comprar capacitores – dicas | Códigos e Marcas de Capacitores | Tabela de Conversão
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O capacitor de cerâmica ganha esse nome pelo fato de usar materiais cerâmicos para seu dielétrico.
Dentro da família de capacitores cerâmicos, existem muitas formas de dielétrico cerâmico que são usadas: os tipos comuns incluem C0G, NP0, X7R, Y5V, Z5U, embora existam muitos mais.
Embora os capacitores de cerâmica tenham sido usados por muitos anos como componentes eletrônicos com chumbo em muitos projetos de circuitos eletrônicos, é como capacitores de montagem em superfície, SMTs, onde suas propriedades permitem que os tamanhos de capacitores muito pequenos sejam alcançados, mantendo altos níveis de desempenho e capacidade.
Como resultado, incontáveis bilhões desses capacitores cerâmicos conhecidos como MLCCs são usados anualmente em todas as formas de equipamentos eletrônicos, pois são muito fáceis de colocar em placas de circuito impresso.
Como resultado de suas propriedades, incluindo desempenho em todas as frequências, incluindo RF, as faixas de capacitância disponíveis, a capacitância para um determinado volume, resiliência e para algumas formas de dielétrico sua estabilidade, é uma das formas mais populares de capacitores disponíveis.
Enquanto capacitores de tântalo e capacitores eletrolíticos são usados para valores superiores a 1µF, o capacitor de cerâmica domina o mercado para valores abaixo de 1µF.
Capacitores de cerâmica, tanto como dispositivos com chumbo quanto capacitores de montagem em superfície, estão disponíveis para valores que variam de alguns picofarads até valores logo abaixo de 1µF. No entanto, é como componentes de montagem em superfície onde ocorre o maior uso.
Noções básicas de capacitores de cerâmica
O dielétrico de cerâmica usado nesses componentes eletrônicos oferece muitas propriedades úteis, incluindo um baixo fator de perda e um nível razoável de estabilidade, mas isso depende do tipo exato de cerâmica usada.
A tecnologia de cerâmica usada se desenvolveu ao longo de muitos anos e isso resultou em níveis muito mais altos de capacitância e desempenho que podem ser alcançados hoje do que era possível anteriormente.
Como o nome indica, os capacitores cerâmicos são baseados em dielétricos cerâmicos. A cerâmica usada em capacitores cerâmicos é uma mistura de grânulos finamente moídos de materiais paraelétricos ou ferroelétricos. Estes são misturados com outros materiais para atingir as características desejadas.
A cerâmica é sinterizada em altas temperaturas. A cerâmica formada dessa maneira forma a base elétrica e mecânica dos capacitores.
A espessura das camadas de cerâmica nos capacitores geralmente é muito fina, mas depende do material e da tensão de trabalho necessária.
Por exemplo, para capacitores de baixa tensão, a camada dielétrica de cerâmica pode ser tão fina quanto 5µm, mas isso geralmente é limitado pelo tamanho do grão do material cerâmico.
Existem vários tipos de capacitor cerâmico que podem ser obtidos:
- Capacitor de disco cerâmico: O capacitor de disco cerâmico é o tipo mais comumente usado como capacitor de chumbo. Como o nome indica, tem a forma de um disco com as duas derivações saindo do fundo do encapsulamento.Todo o capacitor é revestido de resina para fornecer proteção física e evitar a entrada de umidade e outros contaminantes.
Construção interna de um capacitor cerâmico de disco - O componente básico consiste em um único disco do dielétrico cerâmico. Os eletrodos são revestidos neste dielétrico e, em seguida, os fios condutores são ligados aos eletrodos. Finalmente, o revestimento de resina é adicionado e os terminais pré-formados para fornecer qualquer formato que possa ser necessário para o processo de montagem.
Capacitores cerâmicos de disco com chumbo - Capacitor MLCC de montagem em superfície: Os capacitores de montagem em superfície são o formato mais amplamente usado para esses componentes atualmente porque os componentes de montagem em superfície são usados em grandes quantidades para a produção em massa de equipamentos eletrônicos.O capacitor cerâmico de montagem em superfície usa o que é chamado de capacitor cerâmico multicamadas, construção MLCC.Como definição, o capacitor de cerâmica multicamada é um capacitor de montagem em superfície que consiste em várias camadas individuais que são empilhadas em paralelo com o contato geral sendo feito através das superfícies terminais dos componentes.
Seção transversal através de um capacitor MLCC mostrando sua construção - O corpo do capacitor normalmente tem um revestimento fino para protegê-lo da entrada de umidade e outros contaminantes que alterariam seu desempenho.A conexão final do capacitor MLCC é feita de várias camadas – as internas fornecem boa conectividade com os eletrodos dentro do capacitor e as externas são projetadas para fornecer excelente soldabilidade.Em muitos casos, as terminações do MLCC usam liga de prata-paládio (AgPd) na proporção 65:35, ou prata mergulhada para conectar os próprios eletrodos do capacitor.Depois pode haver uma camada de barreira de níquel folheado e, finalmente, esta é coberta com uma camada de estanho folheado (NiSn).
Seleção de capacitor cerâmico SMD - Capacitor de passagem: Capacitores de passagem são usados em aplicações onde altos níveis de rejeição são necessários em caixas de telas que podem ter fios passando por elas.
Os capacitores básicos de cerâmica de disco com chumbo são amplamente utilizados para aplicações gerais de desacoplamento e acoplamento em uma variedade de projetos de circuitos e também são amplamente usados para projetos de RF, bem como sua resposta de frequência se estende bem na região de RF e micro-ondas, dependendo do capacitor específico.
Hoje em dia, muitos capacitores cerâmicos de disco mais especializados estão sendo incorporados em muitos projetos de circuitos – eles usam dielétricos mais sofisticados e oferecem altos níveis de desempenho.
Da mesma forma, para as versões de componentes de montagem em superfície, capacitores básicos que oferecem bons níveis de desempenho estão disponíveis para desacoplamento, acoplamento e similares e novamente para projetos de RF.
Novamente houve um aumento significativo no desempenho e na variedade de dielétricos disponíveis para capacitores cerâmicos de montagem em superfície com versões de alta tolerância e alta estabilidade amplamente disponíveis e a um custo relativamente baixo, especialmente nas quantidades em que são usados.
Tipos de dielétricos cerâmicos
O capacitor de cerâmica pode utilizar uma série de dielétricos diferentes, ao contrário de outros tipos de capacitores, incluindo capacitores de tântalo e capacitores eletrolíticos. Esses dielétricos diferentes dão aos capacitores propriedades muito diferentes, portanto, além de escolher que um capacitor de cerâmica deve ser usado, também pode ser necessária uma segunda decisão sobre o tipo específico de dielétrico.
A menção é feita frequentemente de dielétricos de capacitores cerâmicos comuns, incluindo C0G, NP0, X7R, Y5V, Z5U e muitos mais serão vistos especificados na lista de distribuidores. Mas saber qual é o melhor tipo requer um pouco mais de investigação.
Classes dielétricas de capacitores cerâmicos
Para simplificar a seleção de capacitores com o dielétrico necessário, algumas organizações da indústria definiram várias classes de aplicação de dielétrico cerâmico.
Essas classes de aplicação dividem os diferentes dielétricos disponíveis para capacitores cerâmicos em diferentes classes de acordo com a aplicação prevista.
| CLASSES DE APLICAÇÃO DE DIELÉTRICOS DE CAPACITORES CERÂMICOS | ||
|---|---|---|
| AULA | DESCRIÇÃO | TIPOS COMUNS |
| Classe 1 | Esses capacitores cerâmicos oferecem alto nível de estabilidade e apresentam baixos níveis de perda e são ideais para uso em circuitos ressonantes. | NP0, P100, N33, N75, etc. |
| Classe 2 | Os capacitores cerâmicos Classe 2 oferecem alta eficiência volumétrica, ou seja, grande capacitância para um determinado volume para aplicações de suavização, desvio, acoplamento e desacoplamento. | X7R, X5R, Y5V, Z5U, etc. |
| Classe 3 | Os capacitores de cerâmica de classe 3 oferecem maior eficiência volumétrica do que os capacitores de cerâmica de classe 2, mas sua estabilidade de temperatura não é tão boa. Um desempenho típico para a mudança de capacitância com a temperatura é de -22% a +56% em uma faixa de 10°C a 55°C. | Disponível apenas como componentes com chumbo. Não é mais padronizado. |
Essas classes de capacitores cerâmicos são padronizadas por órgãos internacionais, incluindo IEC, International Electrotechnical Commission e EIA, Electronic Industries Alliance.
Classe 1 capacitor cerâmico dielétrico
Os capacitores de cerâmica que usam dielétricos de classe 1 oferecem o mais alto desempenho em termos de estabilidade e perda. Eles podem fornecer capacitores precisos de alta tolerância com tensão estável e coeficientes de temperatura. Eles também oferecem baixas perdas e, portanto, são adequados para uso em osciladores, filtros e similares.
Os dielétricos cerâmicos de classe 1 são normalmente baseados em materiais finamente moídos como dióxido de titânio (TiO 2 ), com aditivos de zinco, zircônio, nióbio, magnésio, tântalo, cobalto e estrôncio, embora muitas formulações modernas de C0G (NP0) contenham neodímio, samário e outros óxidos de terras raras.
Códigos de capacitores de classe 1:
Para definir o desempenho de um dielétrico de capacitor de cerâmica, é usado um código de três caracteres específico para dielétricos de classe 1 de capacitores de cerâmica.
- O primeiro caractere é uma letra que dá o valor significativo da mudança na capacitância sobre a temperatura em ppm/°C
- O segundo caractere é numérico e fornece o multiplicador
- O terceiro caractere é uma letra e dá o erro máximo em ppm/C
A tabela abaixo detalha o que significa cada um dos códigos EIA.
| PRIMEIRO CARACTERE | SEGUNDO PERSONAGEM | TERCEIRO PERSONAGEM | |||
|---|---|---|---|---|---|
| CARTA | ASSINAR FIGOS* | DÍGITO | MULTIPLICADOR 10X | CARTA | TOLERÂNCIA |
| C | 0,0 | 0 | -1 | G | +/-30 |
| B | 0,3 | 1 | -10 | H | +/-60 |
| eu | 0,8 | 2 | -100 | J | +/-120 |
| A | 0,9 | 3 | -1000 | k | +/-250 |
| M | 1,0 | 4 | +1 | eu | +/-500 |
| P | 1,5 | 6 | +10 | M | +/-1000 |
| R | 2.2 | 7 | +100 | N | +/-2500 |
| S | 3.3 | 8 | +1000 | ||
| T | 4.7 | ||||
| V | 5.6 | ||||
| você | 7.5 |
Por exemplo, um tipo comum de capacitor classe 1 é um C0G e este terá 0 desvio, com um erro de ±30ppm/°C.
C0G (NP0) é a formulação mais popular dos materiais cerâmicos EIA Classe 1.
A cerâmica C0G (NP0) oferece um dos capacitores dielétricos mais estáveis disponíveis. A variação da capacitância com a temperatura é de 0 ±30ppm/°C, o que é inferior a ±0,3% ΔC de -55°C a +125°C. O desvio de capacitância ou histerese para cerâmica C0G (NP0) é insignificante em menos de ±±0,05% versus até ±2% para filmes.
O dielétrico cerâmico C0G (NP0) geralmente tem um “Q” acima de 1000 e mostra pouca capacitância ou “Q” muda com a frequência. Além disso, a absorção dielétrica é tipicamente inferior a 0,6%, o que é semelhante à mica, conhecida por ter uma absorção muito baixa.
Classe 2 Capacitor Cerâmico Dielétrico
Os dielétricos da classe 2 do capacitor de cerâmica têm um nível muito mais alto de permissividade do que suas contrapartes da classe 1. Isso lhes dá um nível de capacitância muito maior para um determinado volume, ou seja, melhor eficiência de capacitância volumétrica. No entanto, isso ocorre em detrimento da precisão e da estabilidade. Além disso, eles exibem um coeficiente de temperatura não linear e uma capacitância que depende em pequeno grau da tensão aplicada.
Como resultado dessas características, eles são ideais para aplicações de desacoplamento e acoplamento onde o valor exato da capacitância não é crítico, mas onde o espaço pode ser um problema.
Códigos de capacitores de classe 2
Um código de três é usado para definir o desempenho do dielétrico do capacitor cerâmico.
- O primeiro caractere é uma letra. Isso fornece a temperatura de operação mais baixa.
- O segundo é numérico e indica a temperatura operacional de ponta.
- O terceiro caractere é uma letra que indica a mudança de capacitância na faixa de temperatura.
A tabela abaixo detalha o que significa cada um dos códigos EIA.
| PRIMEIRO CARACTERE | SEGUNDO PERSONAGEM | TERCEIRO PERSONAGEM | |||
|---|---|---|---|---|---|
| CARTA | BAIXA TEMPERATURA | DÍGITO | ALTA TEMPERATURA | CARTA | MUDAR |
| x | -55C (-67F) | 2 | +45C (+113F) | D | +/-3,3% |
| Y | -30C (-22F) | 4 | +65 (+149F) | E | +/-4,7% |
| Z | +10C (+50F) | 5 | +85 (+185F) | F | +/-7,5% |
| 6 | +105 (+221F) | P | +/-10% | ||
| 7 | +125 (+257F) | R | +/-15% | ||
| S | +/-22% | ||||
| T | +22% / -33% | ||||
| você | +22% / -56% | ||||
| V | +22% / -82% |
Os dielétricos cerâmicos populares de classe 2 incluem X7R, que tem uma faixa de temperatura de −55 a +125°C, com um ΔC/C0 de ±15%, Y5V, que tem uma faixa de temperatura de −30 a +85°C com um ΔC/C0 de +22/−82%, e Z5U que tem uma faixa de temperatura de +10 a +85°C e um ΔC/C0 = +22/−56%.
Classe 3 Capacitor Cerâmico Dielétrico
Os dielétricos de capacitores de cerâmica de classe 3 fornecem um nível extremamente alto de permissividade, com valores de permissividade subindo para 50.000 vezes os de algumas cerâmicas de classe 2.
No lado negativo, esses capacitores dielétricos são muito inferiores em termos de precisão e estabilidade, bem como envelhecimento ao longo do tempo, capacitância dependente de tensão, uma característica de temperatura não linear e altas perdas.
Outra desvantagem desses capacitores é que não é possível fabricá-los no formato multicamada, descartando as versões de montagem em superfície.
Esses capacitores foram ultrapassados por outras tecnologias com o resultado de que eles não são mais padronizados pelo IEC ou EIA.
Classe 4 Capacitor Cerâmico Dielétrico
Estes eram os chamados capacitores de camada de barreira. Embora usassem dielétricos de alta permissividade, eles foram substituídos por outros tipos e não foram padronizados por algum tempo.
Existe uma grande variedade de dielétricos que podem ser usados para capacitores cerâmicos. Seu desempenho é cuidadosamente adaptado para garantir que atendam aos níveis de desempenho exigidos. Ao escolher um capacitor de cerâmica para uma aplicação específica, consultar as tabelas acima pode fornecer a visão necessária.
Resumo do Capacitor de Cerâmica
Capacitores de cerâmica são amplamente utilizados na fabricação de eletrônicos modernos. Embora os capacitores de cerâmica tenham aparecido inicialmente como componentes eletrônicos com chumbo, à medida que a tecnologia de montagem em superfície decolou para produção em massa, eles logo apareceram como capacitores de montagem em superfície. Hoje, os capacitores cerâmicos multicamadas são produzidos em grandes quantidades e complementam o desempenho de outros capacitores, como capacitores eletrolíticos e capacitores de tântalo, que tendem a ser usados para valores superiores a 1µF.
A tabela abaixo apresenta um resumo de algumas das principais características dos capacitores de cerâmica.
| RESUMO DO CAPACITOR DE CERÂMICA | |
|---|---|
| PARÂMETRO | DETALHES |
| Faixas de capacitância típicas | 10 pF a 0,1µF (100nF) |
| Disponibilidade de tensão nominal | De cerca de 2V para cima – alguns especializados podem ter tensões de 1kV e mais. |
| Vantagens | Barato para fabricarBom desempenho de alta frequênciaBoa estabilidade dependente do dielétrico cerâmico realDisponível em pacotes com chumbo e SMD (MLCC) |
| Desvantagens | Não pode atingir altos níveis de capacitância de tipos polarizados |
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