Exploramos las ventajas de los MLCC X7S en la electrónica de alta precisión

Existen numerosas maneras en que los fabricantes de equipos electrónicos originales pueden desarrollar MLCC con mayores valores de capacitancia, la mayoría de las cuales involucran mejoras a los materiales cerámicos. Por ejemplo, un tamaño de grano más pequeño permite obtener capas más delgadas, mientras que un tratamiento adicional del grano puede mejorar la homogeneidad y la confiabilidad. Además, el dopaje mejorado del material puede aumentar la constante dieléctrica relativa (εr). Todos estos factores pueden conducir a valores de capacitancia más altos, con resultados notables como 10 µF/50 V en tamaño de paquete 1206.

Todo ingeniero de diseño que busca obtener una solución de alta densidad y alta eficiencia en un tamaño de caja compacto puede beneficiarse de este MLCC. Aplicaciones que exigen una alta precisión, estabilidad y confiabilidad eléctricas, como circuitos de derivación de suministro eléctrico, artículos electrónicos de consumo y equipos de telecomunicaciones, obtendrán ganancias.

Para ahondar aún más, la constante dieléctrica relativa (aveces conocida como permitividad relativa) es una medida de la cantidad de energía eléctrica potencial, en la forma de polarización inducida, almacenada en un volumen o material dado bajo la acción de un campo eléctrico. Sin embargo, al aumentar la permitividad relativa de un material cerámico, ocurre un efecto secundario particular: los usuarios pueden esperar presenciar un mayor cambio de permitividad relativa con diferentes condiciones de operación; es decir, la tensión CC aplicada, el TCC y el tiempo. En palabras simples, la entrega de estabilidad de capacitancia depende de lograr un buen equilibrio entre las propiedades de MLCC que puedan entregar el mejor rendimiento a partir de estas condiciones de uso.

Todas las formulaciones de MLCC Clase II (incluyendo X7R y X7S) varían en su valor de capacitancia a partir de la tensión CC aplicada (polarización de CC), el TCC y el tiempo (envejecimiento). Esto último, por ejemplo, ocurre cuando los granos cerámicos pierden la capacidad de reorientarse con el tiempo, en gran parte debido a la necesidad de los dominios de encontrar estados energéticamente más estables. Esta estabilización de los dominios genera una disminución de la permitividad relativa, lo cual se traduce directamente en una pérdida de capacitancia.

Por supuesto, la mayoría de los ingenieros de diseño ya saben que la polarización de CC reduce significativamente la capacitancia efectiva de los MLCC Clase II. Solo para aclarar, ambas formulaciones, X7S y X7R, son cerámicas "estables a la temperatura" que se clasifican como materiales EIA Clase II. Junto con el TCC y el envejecimiento, estos tres factores son dependientes entre sí, por lo que mejorar uno tendrá un impacto en uno de los otros factores o en ambos. El amplio consenso es que la mejora simultánea del TCC y la polarización de CC solo se logrará cuando haya una mejora futura en el sistema general de polvo cerámico.

Sin embargo, hay buenas noticias, ya que SEMCO revela que sus MLCC X7S actuales posiblemente podrían ofrecer una mejor polarización de CC que sus X7R equivalentes. Para demostrarlo, la empresa realizó una serie de mediciones que establecen las características de rendimiento de polarización de CC de un MLCC X7S de SEMCO y un dispositivo X7R de otro fabricante. En términos de la especificación, ambos eran MLCC de 1 µF 10 % 6,3 V en un tamaño de paquete/caja de 0402.

Las mediciones revelaron que el MLCC X7S de SEMCO demostró una tasa de cambio de capacitancia de aproximadamente -30,7 % a 4 V. En comparación, el MLCC X7R del otro proveedor demostró tener una tasa de cambio de capacitancia notablemente más alta, de alrededor del -50,6 % a 4 V. Como se indicó anteriormente, existe cierto impacto en el TCC debido a esta mejora en la polarización de CC. A 4 V y 85 °C, el MLCC X7S de SEMCO experimentó una tasa de cambio de capacitancia de -6 %, en comparación con el +6 % (a 4 V, 85° C) del MLCC del otro fabricante.

Como se muestra en el gráfico, el MLCC X7S de 1 μF de SEMCO sigue siendo el de mejor rendimiento general, aún ofreciendo una capacitancia de 0,59 μF a 4 V, 85 °C, en comparación con solo 0,52 μF del X7R.

El mercado conoce muy bien la banda de tolerancia de ±15 % del X7R, lo cual hace difícil desplazarlo como la tecnología preferida sin tener que ahondar en las especificaciones de MLCC. Sin embargo, como mostraron las mediciones antes mencionadas, cuando se tienen en cuenta las condiciones de trabajo reales (comparando el TCC y la polarización de CC), el MLCC X7S podría demostrar tener una capacitancia restante más alta. Los factores explorados en este artículo suelen ser válidos para valores de capacitancia altos, en los cuales la polarización de CC es cada vez más visible y actúa para reducir la capacitancia efectiva. Aquí también es donde los ingenieros de diseño suelen luchar por cada nF adicional con estrechos márgenes calculados.