X7R和X7S是工业和汽车市场常用的MLCC。虽然 X7R 是更受欢迎的选择，但在选择 MLCC 时必须同时考虑 TCC 和 DC 偏置。
工业和汽车市场上最常见的 MLCC（多层陶瓷电容器）具有出色的 X7R TCC（电容温度系数），其中“X”表示 -55°C，“7”表示 +125°C，“R”表示此温度范围内的 ±15% 容差。
| 电容温度系数 | 温度范围 | 容差 |
|---|---|---|
| X7R | -55~125℃ | ±15% |
| X7S | -55~125℃ | ±22% |
由于其电容变化容差范围较小 (±15%)，因此许多设计工程师会直接选择 X7R 产品而不是 X7S。不过，在选择 MLCC 时，不仅要考虑 TCC，还要考虑直流偏压，即施加直流电压时的电容变化。Samsung Electro-Mechanics Co (SEMCO) 专注于 MLCC 解决方案 ，在 TCC 和直流偏压参数方面具备出色表现。尽管一些 X7R 产品提供比 X7S 更好的直流偏置，但反之亦然，某些 X7S MLCC 具有明显的优势。
那么为什么更多公司没有指定 X7S MLCC？答案似乎只不过是缺乏了解。
在现代汽车和工业电子领域，更高的集成度和更强的功能性是常见的趋势，而这两者都倾向于要求越来越大的电容。这里，提供具有 X7S 特性的 TCC 的 MLCC 可能比具有 X7R 属性的 TCC 的 MLCC 提供更高的有效电容（在相同的标称电容额定值下），因为 TCC 只是影响电容的一个因素。另一个主要影响因素是直流偏置。
直流偏置是指在端子间施加直流电压时电容的变化。MLCC 需要处理直流电压偏置，因此也容易受到这种现象的影响。随着直流电压的上升，电容值会下降，这会对许多类型的电路产生负面影响。
OEM 可以通过多种方式开发具有更高电容值的 MLCC，其中大多数通常涉及陶瓷材料的改进。例如，较小的晶粒尺寸可以允许更薄的层，而额外的晶粒处理可以提高均匀性和可靠性。此外，改进材料掺杂可以增加相对介电常数（εr）。所有这些因素都会导致更高的电容值，显著的结果包括 1206 封装尺寸中的 10µF/50V。
任何寻求紧凑外壳尺寸的高密度、高效率解决方案的设计工程师都可以从此 MLCC 中受益。需要高电气精度、稳定性和可靠性的应用将获得收益，包括电源旁路电路、消费电子产品和电信设备。
深入研究一下，相对电介质常数（有时也称为相对电容率）是衡量在电场作用下以感应极化形式存储在一定体积材料中的电势能数量的尺度。然而，当增加陶瓷材料的相对介电常数时，有一个特殊的副作用：用户可以预期看到随着操作条件（即施加的直流电压、TCC 和时间）的变化，相对介电常数会发生更大的变化。简而言之，实现电容稳定性取决于实现 MLCC 特性的良好平衡，从而可以从这些使用条件中获得最佳性能。
所有 II 类 MLCC 配方（包括 X7R 和 X7S）的电容值都会根据施加的直流电压（直流偏置）、TCC 和时间（老化）而变化。例如，后者发生在陶瓷颗粒随着时间的推移失去重新定向的能力时，这主要是由于需要域来找到能量上更稳定的状态。这种域稳定导致相对介电常数降低，这直接导致电容损失。
当然，大多数设计工程师已经知道直流偏置会显著降低 II 类 MLCC 的有效电容。声明一点，X7S 和 X7R 配方都是“温度稳定的”陶瓷，属于 EIA II 类材料。这三个因素与 TCC 和衰老一起相互依存，改善一个因素就会对其他一个或两个因素产生影响。广泛的共识是，只有当整个陶瓷粉末系统在未来得到改进时，才能同时增强 TCC 和直流偏压。
不过也有好消息，SEMCO 透露当前的 X7S MLCC 可能比 X7R MLCC 能提供更好的直流偏压。为了演示，该公司进行了一系列测量，列出了 SEMCO X7S MLCC 和另一家制造商的 X7R 设备的直流偏置性能特性。在规格方面，两者均为 0402 封装/外壳尺寸的 1µF 10% 6.3V MLCC。
测量结果显示，SEMCO X7S MLCC 在 4V 时电容变化率约为 -30.7%。相比之下，其他供应商的 X7R MLCC 在 4 V 时表现出明显更大的电容变化率，约为 -50.6%。如前所述，直流偏置的改善对 TCC 有一定影响。在 4V 和 85°C 时，SEMCO X7S MLCC 的电容变化率为 -6%，而其他制造商的 MLCC 的电容变化率为 +6%（在 4V、85°C 时）。
如图所示，SEMCO X7S 1µF MLCC 仍然整体表现较好，在 4 V、85°C 时仍能提供 0.59 µF 的电容，而其他制造商的 X7R MLCC 仅为 0.52 µF。
市场对 X7R 公差范围 ±15% 非常熟悉，因此如果不深入了解 MLCC 的具体细节，很难取代其成为首选技术。然而，如上述测量结果显示，当考虑实际工作条件时——比较 TCC 和直流偏置——X7S MLCC 可能表现出更高的剩余电容。 本文探讨的因素通常是针对高电容值，其中直流偏压越来越明显并且会降低有效电容。这也是设计工程师经常争夺每个额外 nF 并严格计算裕度的地方。
展望未来
任何参与汽车、工业或其他市场的电子或电子元件工程师都能从仔细研究 X7S 以满足其高电容 MLCC 要求中大受裨益。SEMCO 列出的结果表明，X7S MLCC 有时可以提供比同类 X7R MLCC 更好的直流偏置。即使考虑到 TCC，X7S MLCC 通常也表现为最佳的整体性能。
随着供应商寻求满足现代电子行业工程师越来越高的要求，MLCC 设计方面有许多不断发生的进展。对新材料以及TCC和DC偏置等参数的影响的研究意味着正确的MLCC选择在很大程度上取决于具体的应用。X7R 和 X7S MLCC 可以根据项目目标提供最佳解决方案。对于希望避免将优势拱手让给竞争对手的设计师来说，最重要的讯息是不要简单地继续为新项目采用过去的 MLCC 选择，而是要考虑所有选择。所获得的收益可能会带来意想不到的惊喜。
作者：Benjamin Blume，欧洲应用工程团队负责人 (Samsung Electro-Mechanics)
作者：Hank Kang，无源元件产品经理 (Samsung Electro-Mechanics)
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