一、MLCC 電容概述
MLCC 即片式多層陶瓷電容器,它是通過將印有內電極的陶瓷介質膜片以錯位方式疊合,經高溫燒結形成陶瓷芯片,再在芯片兩端封裝金屬層(外電極)而制成,因其結構類似獨石,故也被稱為獨石電容器。


二、陶瓷電容嘯叫現象成因
在電路濾波應用場景中,紋波噪聲會在電容上引發壓電效應,致使 MLCC 產生周期性膨脹收縮,進而引發特定頻率的機械振動。這種振動會帶動 PCB 板振動,若需濾除的紋波頻率處于人耳可聽聲波范圍(20Hz - 20kHz),便會形成人耳可聞的噪聲,即電容嘯叫。
該現象主要出現在 MLCC 和感性器件中,在包含音頻功能的產品,如手機、運動相機等,會對產品的音頻性能造成嚴重干擾。通常,具備以下特征的電容和電路設計更易產生嘯叫:大尺寸電容器、大靜電容量、大的線電壓與電壓變動(電流變動)、同一線路上安裝多個符合上述特征的陶瓷電容。
不過,需注意的是,陶瓷電容器的 “嘯叫” 振幅通常僅為 1pm - 1nm 左右,一般認為其對陶瓷電容器自身及相鄰部件不會引發可靠性問題。村田的產品 FAQ 反饋也明確指出,嘯叫不會對 MLCC 及其附近器件的可靠性造成影響。


具體而言,以 X7R - MLCC 為例,當其兩端施加大幅變化電壓時,BaTiO3 陶瓷產生逆壓電效應,MLCC 隨之形變振動,并將振動傳遞至 PCB 板引發共振。一旦電壓信號頻率處于人耳聽覺范圍(20Hz - 20kHz),便能聽到電容發出的嘯叫聲。


三、陶瓷電容的嘯叫解決方法
更換電容材質 :可選用鉭電容、聚合物電容、鋁電解電容等替代品,也可嘗試 Class 1 類材質的 MLCC 或其他改良壓電效應的 MLCC。目前,各主流廠商均已推出各自的抗嘯叫電容 MLCC 產品。
改變電壓紋波頻率 :例如,在背光驅動產生的電容嘯叫場景中,可通過調整驅動 PWM 頻率,或把輕載 PFM/PSM 模式的 DCDC 改為強制 PWM 模式等方式,來改變電壓紋波頻率。
改變電壓紋波幅度 :比如,在 DCDC 電路中,將輸出電感更換為更大值的電感,以此來改變電壓紋波幅度。
優化布局 :調整電容布局,使其遠離音頻電路和音頻設備,以減少對音頻性能的影響。
采用物理隔音措施 :使用打膠或消音泡棉覆蓋產生嘯叫的電容,以此來降低噪聲傳播。
選用特殊結構的 MLCC :采用帶金屬支架端子的 MLCC,或者引線管腳的 MLCC,部分抗嘯叫 MLCC 的設計便是采用電極支架端子引出方式;或者采用帶基板的 MLCC,其設計思路是將普通 MLCC 封裝到環氧樹脂玻璃基板上做緩沖,并引出電極;亦或是采用底部保護層加厚的 MLCC,該設計通過加厚底部無電極陶瓷層厚度,并控制焊錫高度,使壓電效應引發的振動主要集中在上部有電極區域,底部無電極的陶瓷保護層則可緩沖帶動 PCB 振動產生的嘯叫。
改進結構設計 :采用 LW(長度 - 寬度)逆轉結構,通常 MLCC 電極間的長度大于寬度,通過縮短電極間的長度,可減輕電極間變形對 PCB 板振動的影響,進而減小嘯叫。
更換電容規格 :更換為封裝更小、容量更小的 MLCC 電容,以降低嘯叫振動幅度,從而減弱嘯叫聲音。
優化布局排列 :在布局上,將同網絡的 MLCC 雙面對稱放置,或采用其他不規則排列方式,避免整齊排列,以此互相抵消對 PCB 的振動影響,減少帶動 PCB 振動產生的聲音。
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