电路板/硬件---器件

电阻

电阻作用

电阻在电路中扮演着重要的角色，其作用包括：

1. 限制电流：电阻通过阻碍电子流动的自由而限制电流。这是电阻最基本的功能之一。根据欧姆定律，电流与电阻成正比，电阻越大，通过电阻的电流就越小。

2. 调节电路中的电压：电阻器可以分压电路中的电压。通过将电阻器连接到电路中的不同位置，可以改变电路中各部分的电压分布。

3. 转换电能：电阻将电流转换为热能，这在一些电路和设备中是有意为之的。例如，电热水壶中的电阻器将电能转化为热能，将水加热。

4. 调整电路的工作状态：通过改变电阻值或连接方式，可以调整电路的工作状态，例如调节LED的亮度、调整电机的转速等。

5. 保护电子元件：在电路中，电阻器常常用作保护元件，限制电流过大，防止其他电子元件过载或损坏。

6. 滤波器：电阻可以与电容器和电感器组合成滤波器，用于去除电路中的杂波或频率分量。

总的来说，电阻器在电子电路中起到了调节、保护和转换电能的重要作用，是电路设计中不可或缺的组成部分。

电阻的相关计算公式

电阻的计算通常使用欧姆定律，表示为：

\[ R = \frac{V}{I} \]

其中：

( R \) 是电阻（单位：欧姆，Ω）；
( V \) 是电压（单位：伏特，V）；
( I \) 是电流（单位：安培，A）。

另外，还有一些其他与电阻相关的重要公式：

1. 功率与电流、电压的关系：

\[ P = VI \]

其中：

( P \) 是功率（单位：瓦特，W）；
( V \) 是电压（单位：伏特，V）；
( I \) 是电流（单位：安培，A）。

2. 串联电阻的等效电阻：若有 \( n \) 个电阻串联连接，则它们的等效电阻为它们的总和：

\[ R_{\text{eq}} = R_1 + R_2 + \ldots + R_n \]

3. 并联电阻的等效电阻：若有 \( n \) 个电阻并联连接，则它们的等效电阻由倒数的总和的倒数给出：

\[ \frac{1}{R_{\text{eq}}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \ldots + \frac{1}{R_n} \]

制作方式

一般来说，碳膜电阻器和金属膜电阻器是制造电阻器的两种常见方法：

1. 碳膜电阻器：碳膜电阻器是通过在陶瓷或玻璃基板上沉积一层薄碳膜来制造的。然后，使用光刻技术将薄碳膜刻蚀成所需的形状和尺寸。最后，在碳膜表面涂覆一层保护性材料以增强耐久性。

2. 金属膜电阻器：金属膜电阻器是通过在陶瓷或玻璃基板上沉积一层金属薄膜来制造的。这一层金属薄膜的厚度和材料类型决定了电阻的数值。然后，使用光刻技术将金属薄膜刻蚀成所需的形状和尺寸。与碳膜电阻器类似，最后也需要涂覆一层保护性材料。

在制造电阻器时，需要对材料的精确性、薄膜的均匀性以及形状的准确性进行严格控制，以确保电阻器具有一致的性能和可靠性。完成后的电阻器通常会进行测试，以确保其性能符合规格要求。

贴片电阻

电阻阻值
1、常用电阻阻值表
电阻阻值是离散的，并不是所有阻值的电阻都有生产，要根据需求进行选择，
常用电阻阻值表如下----阻值和精度的对比表：

2、阻值表来源
电阻标准由 IEC（国际电工委员会）制定，标准文件为 IEC60063 和 EN60115-2。
电子元器件厂商为了便于元件规格的管理和选用，同时也为了使电阻的规格不至太多，采用了统一的标准组成的元件的数值。

电阻的标称阻值分为 E6、E12、E24、E48、E96、E192 六大系列，

分别使用于允许偏差为±20、±10%、±5%、±2%、±1%、±0.5%的电阻器。

其中以 E24 和 E96 两个系列为最常用。
“E”表示“指数间距”（Exponential Spacing），它表明了电阻阻值是由公式计算出来的。

𝟏��� x𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝐾，5%精度

例 2：丝印为“1003”，则：𝐾，1%精度

带有字母“R”的丝印
带字母”R”的电阻一般阻值较小，精度多为 1%，不过也不绝对，可以把 R 看作是小数点，前边的数字
为有效值。
例：丝印为“22R0”，将 R 看作小数点，前面的 22 表示有效值，读数为 22.0Ω，即精度为 22Ω的 1%

精度电阻

带有数字和 R 之外字母的丝印
这种电阻丝印在 0603 封装中比较常见，精度为 1%，与之对应的标准为 E-96。
E-96 规定：用两位数字加一个字母作为丝印，实际阻值可以通过查表来获取，两位数字表明了电阻数值，字母表明了 10 的 x 次方，也需要查表。
例：丝印为“88A”，从下表知，“88”代表 8.06，A 代表102，即阻值：8.06 ∗ 102 = 806���。

电阻精度

电阻的精度一般用字母表示：
T：±0.01%
A：±0.05%
B：±0.1%
D：±0.5%
F：±1%
J：±5%
K：±10%
最常用的精度是 1%和 5%
一般场合使用 5%精度，有精度要求的使用 1%电阻，比如 DCDC，电流采样，特殊要求的根据实际
情况选择更高精度的。

电阻的封装

封装的命名是根据电阻的实际尺寸来的—英寸单位
例子：
0402 实际尺寸：1mm*0.5mm 0.04 英寸*0.02 英寸 0402
常用的电阻封装有：
01005、0201、0402、0603、0805、1206、1210、1218、2010、2512
目前一般电子产品主要用 0402，0603 封装的，要求功率高点的用 1206 的，手机或者穿戴设备会用
到更小封装，比如 01005，0201 等。

电阻的功率

电阻额定功率与封装
电阻的额定功率主要由封装决定，但也不是绝对的，还跟电阻的工艺（薄膜还是厚膜），品牌，阻值
大小等有一定关系。
如果上网查功率与封装的关系的话，会有一些网友给出功率与封装表格，那并不一定总是正确的，使
用时需要谨慎。
下面列一些厂家的电阻与额定功率的关系表格。
 

同一封装，不同品牌的电阻功率可能不同。
同一封装，不同精度的电阻功率可能不同。
同一封装，不同阻值的电阻功率可能不同。

电阻额定功率与温度的关系

需要注意的是，上一小节提供的额定功率是在 70℃条件一下的，如果温度超过 70℃，其额定功率是会下降的。
并且，R01005 和 R0201 比其它封装电阻的额定功率，随温度升高有下降得更快的趋势。
R01005 和 R0201 电阻的工作温度范围是-55℃~125℃，R0402 及其以上工作温度范围为：-55℃
~155℃。
如下图是贴片电阻的负荷（额定功率）下降曲线。
注 1：曲线①使用于 01005，0201 产品，曲线②使用于 0402、0603、0805、1206、1210、2010、
2512 产品。
注 2：当电阻使用的环境温度超过 70℃时，其额定负荷（额定功率）按照上述曲线下降。
2.1.1.6、电阻的额定电压

电阻是有额定耐压值的，不能超过额定耐压值使用。
1、材质相同（厚膜）的额定电压，各品牌相差不大。
2、材质不同，额定电压有差别，薄膜要比厚膜要低。
3、封装越大，额定电压升高。

电阻的温漂

电阻温度系数 TCR
电阻温度系数（temperature coefficient of resistance 简称 TCR）表示电阻当温度改变 1 摄氏度时，
电阻值的相对变化，单位为 ppm/℃，ppm（part per million）百万分之几。
温度系数= (R-Ra)/Ra ÷ (T-Ta) × 1000000
Ra: 基准温度条件下的阻值
Ta: 基准温度 20℃
R: 任意温度条件下的阻值
T: 任意温度
一般常用电阻温度系数的范围为：-200~500ppm/℃

电阻温漂影响
例：100ppm/°C 电阻温度系数的贴片电阻器，从基准温度 20°C 到 100°C 时的阻値变化率是？
阻值变化率=温差*温度系数/100 万=(100-20)*100/1000000=0.8%

0Ω电阻

1、0Ω电阻的作用
1、方便测试电流
2、兼容设计，跳线
3、模拟地，数字地分开，单点接地
4、占个位置（可换成其它阻值的电阻，也可换成磁珠）
5、做电路保护，充当低成本熔丝
…
2、0Ω电阻阻值多大
根据电阻标准文件 EN60115-2，0Ω电阻实际最大阻值 10mΩ，20mΩ，50mΩ可选，实际查询各个厂
家，普通 0Ω电阻的阻值最大可达 50mΩ
3、0Ω电阻过流能力
需要注意的是，不同厂家的 0Ω电阻过流能力并不相同，可从下表看出：

如果需要能过超大电流的 0Ω电阻，也是有的，只不过这种电阻就不常规，罗姆的超大过流能
力的 0Ω电阻，单个可达到 20A-60A，阻值最大只有 0.5mΩ，不过价格也非常贵。
 

电阻思考

0Ω电阻到底能过多大电流啊
这个问题想必每个硬件工程师都查过，与之相关的还有个问题：0Ω电阻阻值到底多大？这两个问题本来是很简单的问题，答案应该也是明确的。问题出就出在网上网友给出的答案都不尽相同，有人说 0Ω
电阻其实是 50mΩ，有人说没那么大，是 20mΩ。有的说 0603 只能过 1A 电流，有的说可以过 1.5A。
那么到底是多大呢？下面我们一步一步来看。
0Ω电阻阻值大小
我专门去查了下电阻的标准，根据 EN60115-2 电阻标准文件
里面是这么说的，0Ω电阻的阻值是 0Ω，但也会有偏差，0Ω最大电阻偏差有三种可以选择，分别是10 毫欧，20 毫欧，和 50 毫欧。也就是说 0Ω电阻偏差可以允许有多种偏差，那么主要看就看电阻厂商做
哪种了。
我下载了几大品牌的，罗姆，国巨，光颉的普通 0Ω电阻规格书查看了下，他们标注的的 0Ω电阻，
最大阻值都是 50 mΩ。
所以，可以得出结论，常用的普通 0Ω电阻阻值最大不超过 50mΩ。
0Ω电阻的过流能力
网上会有一种观点，说 0Ω电阻的电流是根据功率算出来的，电阻按照 50 毫欧来算。这样的话，
0805 的电阻功率一般为 1/8W，算出额定电流应该是 1.58A，但是我们查规格书发现，几大品牌的都是 2A，
与计算出来的有些出入。

额定电流综合之后表格如下：
我们看到，常规的电阻的电流都不大，按照综合后的最小值，最大的也就 2A，如果设计电路时发现，
我要用 3A 或 4A 的 0Ω电阻，那怎么办呢？其实很简单，可以用 2 个 0Ω电阻并联起来就行了。
可能会觉得奇怪，怎么有的封装变大了，但是过流并没有增加呢？例如 0805 和 1206 都是 2A，这里呢，应该是额定电流虽然没有增加，但是瞬间电流应该是能过更大了。如果你打开国巨的电阻规格书，你会发现它写了 2 个参数，一个是额定电流，一个是最大电流，额定电流都是 2A，但是最大电流 0805 是5A，1206 是 10A。

特殊大额定电流的 0Ω电阻
如果是更大的电流，也是电阻可选的，不过这些电阻就不常规了，比如这个罗姆的超低阻值电阻，最大阻值 0.5 毫欧，小了 100 倍，额定电流更是达到了 20 多安，但是呢，价格非常贵，要好几毛钱，而普通电阻一分钱能买好几个。
一个小知识--常用电阻阻值表怎么定的
说到电阻，都知道电阻阻值不是任意的，那么你知道电阻是咋定的吗？
当你发现有 4.99K 的电阻，有 5.1K 的电阻，但是没有 5K 的电阻的时候，有没有感叹这是哪个脑残定的阻值哦！
下面就来说一说“电阻值是怎么定的？”
阻值标准
电阻标准由 IEC（国际电工委员会）制定，标准文件为 IEC60063。
我们常用的阻值标准由 E24 和 E96 两种。 E24 是 5%精度的，数量较少，E96 是 1%精度的，数量较多（当然，如果某种电阻阻值是 5%精度的，肯定能找到同阻值 1%的，反之则不一定）。
E24、E96 啥意思啥意思呢？
请看下面的公式：

电容

电容的作用

电容器在电路中同样扮演着至关重要的角色，其作用主要包括以下几个方面：

1. 储存电荷：电容器能够存储电荷，就像是一种电荷的容器。当电容器两端施加电压时，正电荷会聚集在一端，负电荷聚集在另一端，形成电场。这种电场存储了电荷，当需要释放电荷时，电容器就会释放电荷。

2. 调节电路中的电压：类似于电阻器，电容器也可以用来调节电路中的电压。但是与电阻器不同的是，电容器通过储存电荷来实现电压的调节。在交流电路中，电容器可以对电压进行相位移动，用于调节电路的相位关系。

3. 滤波器：电容器可以与电感器和电阻器组合成滤波器，用于去除电路中的杂波或特定频率的信号。这种滤波器通常被用于电源和通信系统中。

4. 电容器能量的存储与释放：电容器能够存储电能，并在需要时释放电能。这在一些应用中非常重要，比如脉冲电路中的能量存储与释放。

5. 阻断直流电流：由于电容器对直流电流的阻抗是无穷大的，因此它可以阻断直流电流，只允许交流电流通过。这使得电容器在许多电路中用于去除直流偏置。

电容的相关公式

电容器在电路中的作用与其电容量相关，因此在分析电路时，我们需要考虑电容器的性质。以下是一些与电容器相关的电路公式：

1. 电容器充电/放电的电压变化：

   - 充电时电压变化：\[ V(t) = V_0 \left(1 - e^{-\frac{t}{RC}}\right) \]
   - 放电时电压变化：\[ V(t) = V_0 e^{-\frac{t}{RC}} \]

   其中，
   - \( V(t) \) 是时间 \( t \) 时电容器上的电压；
   - \( V_0 \) 是电容器开始充电或放电时的初始电压；
   - \( R \) 是电路中的电阻；
   - \( C \) 是电容器的电容；
   - \( e \) 是自然对数的底。

2. 电容器与电阻串联的时间常数：

   当电容器与电阻串联时，时间常数 \( \tau \) 用于描述电容器充电或放电的快慢程度。时间常数的计算公式为：

   \[ \tau = R \times C \]

   其中，
   - \( \tau \) 是时间常数；
   - \( R \) 是电路中的电阻（单位：欧姆，Ω）；
   - \( C \) 是电容器的电容（单位：法拉，F）。

3. 交流电路中的电容阻抗：

   在交流电路中，电容器的阻抗 \( Z_C \) 与频率 \( f \) 和电容值 \( C \) 相关，计算公式为：

   \[ Z_C = \frac{1}{2 \pi fC} \]

   其中，
   - \( Z_C \) 是电容器的阻抗；
   - \( f \) 是交流电路中的频率；
   - \( C \) 是电容器的电容。

4. 电容器在交流电路中的电流和电压之间的相位关系：

   电容器在交流电路中引起电压与电流之间的相位差为 \( -90^\circ \)。这意味着电容器的电流落后于电压 \( \frac{\pi}{2} \) 弧度，或者说电流滞后于电压 \( 90^\circ \)。

电容的本质

两个相互靠近的导体，中间夹一层不导电的绝缘介质，这就构成了电容器。当电容器的两个极板之间加上电压时，电容器就会储存电荷。
电容量的大小
电容器的电容量在数值上等于一个导电极板上的电荷量与两个极板之间的电压之比。电容器的电容量的基本单位是法拉(F)。在电路图中通常用字母 C 表示电容元件。
电容量的大小公式：

陶瓷电容
MLCC 陶瓷电容物理结构
MLCC（Multi-layer Ceramic Capacitors）是片式多层陶瓷电容器英文缩写。是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极），从而形成一个类似独石的结构体，故也叫独石电容器。
可以看到，内部电极通过一层层叠起来，来增大电容两极板的面积，从而增大电容量。
陶瓷介质即为内部填充介质，不同的介质做成的电容器的特性不同，有容量大的，有温度特性好的，有频率特性好的等等，这也是为什么陶瓷电容有这么多种类的原因。

电容的单位

电容的基本单位是：F（法），此外还有μF（微法）、nF、pF（皮法），由于电容 F 的容量非常大，所以我们看到的一般都是μF、nF、pF 的单位，而不是 F 的单位。

它们之间的具体换算如下：
1F＝1000 000μF
1μF=1000nF=1000 000pF

电容容量

常用陶瓷电容容量范围：0.5pF~100uF。
实际生产的电容的陶瓷容量值也是离散的，常用电容容量如下表：

陶瓷电容容量从 0.5pF 起步，可以做到 100uF，并且根据电容封装（尺寸）的不同，容量也会不同。选购电容器不能一味的选择大容量，选择合适的才是正确的，例如 0402 电容可以做到 10uF/10V，0805 的电容可以做到 47uF/10V，但是为了好采购、成本低，一般都不会顶格选电容。
一般推荐 0402 选 4.7uF-6.3V，0603 选 22uF/6.3，0805 选 47uF/6.3V，其它更高耐压需要对应降低容量。
满足要求的情况下，选择主要就看是否常用，价格是否低廉。

额定电压

陶瓷电容常见的额定电压有：2.5V、4V、6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、200V、250V、450V、500V、630V、1KV、1.5KV、2KV、2.5KV、3KV 等等。
额定电压值与电容的两极板间的距离有关系，额定电压越大，一般距离就要更大，否则介质会被击穿。因此，这就导致了同等容量的电容，耐压值高的，一般尺寸会更大。
电容器的外加电压不得超过规范中规定的额定电压，实际在电路设计中，一般选用电容时，都会让额定电压留有大概 70%的裕量。

电容类型

同介质种类由于它的主要极化类型不一样，其对电场变化的响应速度和极化率亦不一样。 在相同的体积下的容量就不同，随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。介质材料划按容量的温度稳定性可以分为两类，即Ⅰ类陶瓷电容器和Ⅱ类陶瓷电容器， NPO 属于Ⅰ类陶瓷，而其他的 X7R、X5R、
Y5V、Z5U 等都属于Ⅱ类陶瓷。
MLCC 陶瓷电容主要分为 2 大类：高节介电常数型和温度补偿型

电容品牌

国外：村田 muRata、松下 PANASONIC、三星 SAMSUNG、太诱 TAIYO YUDEN、TDK、威世
VISHAY、等等。
国内：国巨 YAGEO(中国台湾)、风华 FH、宇阳科技 EYANG、信昌电陶 PSA、三环 CCTC 等

电容实际电路模型

电容作为基本元器件之一，实际生产的电容都不是理想的，会有寄生电感，等效串联电阻存在，同时
因为电容两极板间的介质不是绝对绝缘的，因此存在数值较大的绝缘电阻。

阻抗-频率特性

根据上述电容模型，我们可以得到电容的复阻抗公式：
𝑒𝑗𝑗𝑗𝑗 = 2𝑗𝑒𝑗𝑗𝑗𝑗𝑒𝑗比较小）的时候，
容抗远大于感抗，电容主要成容性，在频率比较高的时候，电容主要呈感性。

而当即谐振的时候，阻抗等于等效串联电阻，此时阻抗达到最小值，如果是用来滤波的话，
此时效果最好。

谐振频率

从上小节可知，电容在谐振频率处阻抗最低，滤波效果最好，那么各种规格的电容的谐振频率是多少呢？
下图是村田常用电容的谐振频率表：

等效串联电阻 ESR

从上小节可以看出，陶瓷的等效串联电阻并不是恒定的，它是跟频率有很大的关系。上述 10uF 电容在 100hz 的时候，ESR 是 3Ω，在 700Khz 的时候达到最小，ESR 是 3mΩ，相差了 1000 倍，是非常大的。
我们非常关心陶瓷电容的 ESR 到底是多大，特别用在开关电源的时候，需要用来计算纹波的大小。那么各中电容型号的 ESR 是多少呢？
下图为村田普通电容的 ESR 表。

精度大小

相对于电阻的精度来说，电容的精度要低很多，以下是一般电容的精度。
同一类型的电容精度一般厂家会生产 2~4 种精度的档次共选择。

温度特性

不同类型的电容的工作温度范围是不同的、并且其容量随温度的变化也不同，相差非常大，如下表

在设计电路的时候，需要考虑不同电容的温度系数，按照使用场景选择符合要求的电容。在一些对电容量由要求的地方，就不能选择 Y 或者 Z 系列的电容。

直流偏压特性

陶瓷电容的另外一个特性是其直流偏压特性。
对于在陶瓷电容器中又被分类为高诱电率系列的电容器(X5R、X7R 特性)，由于施加直流电压，其静容量有时会不同于标称值，因此应特别注意。
例如，对高介电常数电容器施加的直流电压越大，其实际静电容量越低。
容值越高的电容，直流偏压特性越明显，如 47uF-6.3V-X5R 的电容，在 6.3V 电压处，电容量只有其称值的 15%左右，而 100nF-6.3V-X5R 的电容容值为其标称值的 75%左右
那么，DC 偏压特性的原理是怎样的呢？
陶瓷电容器中的高诱电率系列电容器，现在主要使用以 BaTiO3 (钛酸钡) 作为主要成分的电介质。
BaTiO3 具有的钙钛矿（perovskite）形的晶体结构，在居里温度以上时，为立方晶体
ubic），Ba2+离子位于顶点，O2-离子位于表面中心，Ti4+离子位于立方体中心的位置。

在居里温度（约 125℃）以上时的立方晶体（cubic）的晶体结构，在此温度以下的常温领域，一个轴（Ｃ轴）延长，其他轴略微缩短的正方体（tetragonal）晶体结构。
此时，作为 Ti4+离子在结晶单位的延长方向上发生了偏移的结果，产生极化，不过，这个极化即使没有外部电场或电压的情况下也会产生，因此，称为自发极化（spontaneous polarization）。 这样，有自发极化，而且可以根据外部电场转变自发极化的朝向的特性，被称为强诱电型（ferro electricity）。
与单位体积内的自发极化的相转变相同的是电容率，可视为静电容量进行观测。
当没有外加直流电压时，自发极化为随机取向状态，但当从外部施加直流电压时，由于电介质中的自极化受到电场方向的束缚，因此不易发生自发极化时的自由相转变。其结果导致，得到的静电容量较施偏压前低。
这就是当施加了直流电压后，静电容量降低的原理。
此外，对于温度补偿用电容器 (CH、C0G 特性等) ，以常诱电性陶瓷作为主要原料，静电容量不因直电压特性而发生变化。

漏电流和绝缘电阻

陶瓷电容绝缘电阻比较大，漏电流小。
绝缘电阻主要与容量有关，容量越大，漏电流越大，下面列出村田的几种普通电容的绝缘电阻表格，供参考。

陶瓷电容绝缘电阻比较大，漏电流小。
绝缘电阻主要与容量有关，容量越大，漏电流越大，下面列出村田的几种普通电容的绝缘电阻表格，
可供参考。

尽管陶瓷电容的漏电流不大，但是大电容的电容量也达到了微安级别，如果是做超低功耗的产品的话，
也需要好好选择一些绝缘电阻大的电容。

常见问题

机械应力导致电容失效

陶瓷电容最坑的失效就是短路了，一旦陶瓷电容短路，产品无法正常使用，危害非常大，那么造成短路失效的原因是什么呢？
答案是机械应力、机械应力会产生裂纹，从而是电容容量变小或者是短路。

为什么会产生扭曲裂纹呢？这是由于贴片是焊接在电路板上的。对电路板施加过大的机械力、使得电路板弯曲或老化，从而产生了扭曲裂纹。
扭曲裂纹从下面的外部电极的一端延伸到上面的外部电极的话，容量就会下降，使得电路呈现出开状态（开放）。因此，即使裂纹不是十分严重，如果到达贴片内部电极，焊剂中的有机酸和湿气会通过裂纹的缝隙侵入，导致绝缘电阻性能降低。另外，电压负荷会变高，电流的流量过大时，最糟糕的情况会导致短路。一旦出现了扭曲裂纹，是很难从外面将其去除的，因此为了防止裂纹的产生，应当控制不要施加过大的机械力。
一般电容封装越大，越容易产生机械应力失效。
机械应力行为那么，常见会出现应力的行为有哪些呢？
①贴片原因：贴片机拾取电容力度过大，施力点不在中心，电容不平都可能碰坏电容。
②过量焊锡：当温度变化时，过度的焊锡在贴片电容器上面产生很高的张力，从而是电容器断裂，焊锡不足时又会使电容器从 PCB 上剥离。
③PCB 弯曲：焊接到 PCB 板上后，PCB 弯曲，拉动瓷片电容，过应力后损坏。
④跌落、碰撞：PCB/成品跌落导致振动或变形，使电容受到机械应力。
⑤手工焊接：突然加热或冷却导致张力比较大（解决办法是先预热）
PCB 设计注意事项
电容放置方向平行于 PCB 弯曲方向，放置位置远离 PCB 大形变位置。避免电容在长边受力，如，受力大小是：A>B、A>C、A>D

电容也需要远离螺丝孔、减小应力。

啸叫

一般温度特性为 X5R/B，X7R/R 的高介电常数陶瓷电容器中，电介质材料使用强介电性的钛酸钡系的陶瓷，具有压电效应。
在施加交流电压时，独石陶瓷电容器贴片会发生叠层方向伸缩。因此电路板也会平行方向伸缩，而因电路板的振动而产生了噪声。贴片及电路板的振幅仅为 1pm～1nm 左右，但发出的声响却十分大。其实几乎无法听到电容器本身发出的噪声，但将其安装于电路板后振动会随之增强，振幅的周期也达到了人耳能够听到的频率带(20Hz～20kHz)，所以声音可通过人耳进行识别。例如可听到"ji----"、"ki----""pi----"等声响。陶瓷电容器的"啸叫"现象，其振动变化仅为 1pm～1nm 左右，为压电应用产品的 1/10 至几十分之一，非常之小，因此我们可以判断这种现象对独石陶瓷电容器本身及周围元器件产生的影响，不存在可靠性问题。
3、陶瓷电容 MLCC 失效分析案例

Q1：MLCC 电容是什么结构的呢？
A：多层陶瓷电容器是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极）制成的电容。
MLCC 电容特点：
机械强度：硬而脆，这是陶瓷材料的机械强度特点。
热脆性：MLCC 内部应力很复杂，所以耐温度冲击的能力很有限。

组装缺陷
1、焊接锡量不当
当温度发生变化时，过量的焊锡在贴片电容上产生很高的张力，会使电容内部断裂或者电容器脱帽，裂纹一般发生在焊锡少的一侧；焊锡量过少会造成焊接强度不足，电容从 PCB 板上脱离，造成开路故障。
2、墓碑效应
在回流焊过程中，贴片元件两端电极受到焊锡融化后的表面张力不平衡会产生转动力矩，将元件一端拉偏形成虚焊，转动力矩较大时元件一端会被拉起，形成墓碑效应。
原因：本身两端电极尺寸差异较大；锡镀层不均匀；PCB 板焊盘大小不等、有污物或水分、氧化以及焊盘有埋孔；锡膏粘度过高，锡粉氧化。
措施：
①焊接之前对 PCB 板进行清洗烘干，去除表面污物及水分；
②进行焊前检查，确认左右焊盘尺寸相同；
③锡膏放置时间不能过长，焊接前需进行充分的搅拌。
本体缺陷—内在因素
1、陶瓷介质内空洞
原因：
① 介质膜片表面吸附有杂质；
② 电极印刷过程中混入杂质；
③内电极浆料混有杂质或有机物的分散不均匀。
2、电极内部分层
原因：多层陶瓷电容器的烧结为多层材料堆叠共烧。瓷膜与内浆在排胶和烧结过程中的收缩率不同，在烧结成瓷过程中，芯片内部产生应力，使 MLCC 产生再分层。
预防措施：在 MLCC 的制作中，采用与瓷粉匹配更好的内浆，可以降低分层开裂的风险。
3、浆料堆积
原因：
① 内浆中的金属颗粒分散不均匀；
② 局部内电极印刷过厚；
③ 内电极浆料质量不佳。
本体缺陷—外在因素

机械应力裂纹

原因：多层陶瓷电容器的特点是能够承受较大的压应力，但抗弯曲能力比较差。当 PCB 板发生弯曲变形时，MLCC 的陶瓷基体不会随板弯曲，其长边承受的应力大于短边，当应力超过 MLCC 的瓷体强度时，弯曲裂纹就会出现。电容在受到过强机械应力冲击时，一般会形成 45 度裂纹和 Y 型裂纹。
机械裂纹电容
常见应力源：工艺过程中电路板操作；流转过程中的人、设备、重力等因素；通孔元器件插入；电路测试，单板分割；电路板安装；电路板点位铆接；螺丝安装等。
措施：

①选择合适的 PCB 厚度。
②设计 PCBA 弯曲量时考虑 MLCC 能承受的弯曲量。比较重的元器件尽量均匀摆放，减少生产过程中由于重力造成的板弯曲。
③优化 MLCC 在 PCB 板的位置和方向，减小其在电路板上的承受的机械应力，MLCC 应尽量与 PCB上的分孔和切割线或切槽保持一定的距离，使得 MLCC 在贴装后分板弯曲时受到的拉伸应力最小。
④MLCC 的贴装方向应与开孔、切割线或切槽平行，以确保 MLCC 在 PCB 分板弯曲时受到的拉伸应力均匀，防止切割时损坏。
⑤MLCC 尽量不要放置在螺丝孔附近，防止锁螺丝时撞击开裂。在必须放置电容的位置，可以考虑引线式封装的电容器。
⑥测试时合理使用支撑架，避免板受力弯曲。

热应力裂纹

电容在受到过强热应力冲击时，产生的裂纹无固定形态，可分布在不同的切面，严重时会导致在电容侧面形成水平裂纹。
原因：热应力裂纹产生和电容本身耐焊接热能力不合格与生产过程中引入热冲击有关。可能的原因包括：烙铁返修不当、SMT 炉温不稳定、炉温曲线变化速率过快等。

措施：
①工艺方法应多考虑 MLCC 的温度特性和尺寸，1210 以上的大尺寸 MLCC 容易造成受热不均匀，产
生破坏性应力，不宜采用波峰焊接；
②注意焊接设备的温度曲线设置。参数设置中温度跳跃不能大于 150℃，温度变化不能大于 2℃/s，预热时间应大于 2 min，焊接完毕不能采取辅助降温设备，应自然随炉温冷却。
③手工焊接前，应增加焊接前的预热工序，手工焊接全过程中禁止烙铁头直接接触电容电极或本体。复焊应在焊点冷却后进行，次数不得超过 2 次

电应力裂纹

典型电应力开裂电容
过电应力导致产品发生不可逆变化，表现为耐压击穿，严重时导致多层陶瓷电容器开裂、爆炸，甚至
燃烧等严重后果。遭受过度电性应力伤害的 MLCC，裂纹从内部开始呈爆炸状分散。
措施：
①在器件选型时应注意实际工作电压不能高 于器件的额定工作电压；
②避免浪涌、静电现象对器件的冲击。
Q4：怎么进行 MLCC 失效分析呢？
A：整个过程分为 5 个大阶段: 外观观察、电性测量分析、无损分析、破环性分析、成分分析，过程中需要进行外观检查、电性测试、内部结构检查、失效点定位、失效原因分析、失效点局部的成分分析，整个 MLCC 的失效分析。

磁芯

磁芯基础知识

实际使用的电感，中间通常都会存在磁芯，使用磁芯的目的是为了以更小的体积获得更大的电感量，因为它相对空气有很大的磁导率，磁导率类似电容里面中间介质的介电常数。但也是因为电感磁芯的不同，
电感的各个参数差异很大。
用于开关转换器的电感器属于高频磁性组件，中心的铁芯材料最是影响电感器之特性，如阻抗与频率、电感值与频率、或铁芯饱和特性等。 以下将介绍几种常见的铁芯材料及其饱和特性之比较，以作为选择
功率电感的重要参考。
1、磁芯材料种类
陶瓷芯：陶瓷芯是常见的电感材料之一，主要是用来提供线圈绕制时所使用的支撑结构，又被称为空芯电感。因所使用的铁芯为非导磁材料，具有非常低的温度系数，在操作温度范围中电感值非常稳定。然而由于以非导磁材料为介质，电感量非常低， 并不是很适合电源转换器的应用。
铁氧体：一般高频电感所用的铁氧体铁芯是含有镍锌（NiZn）或锰锌（MnZn）之铁氧体化合物，属于矫顽磁力低的软磁类铁磁材料。矫顽磁力亦称为保磁力，指当磁性材料已磁化到磁饱和后，使其磁化强度减为零时所需的磁场强度。矫顽力较低代表抵抗退磁能力较低，也意味着磁滞损失较小。
锰锌及镍锌铁氧体具有较高的相对磁导率，分别为约 1500～15000 及 100～1000，其高导磁特性使得铁芯在一定体积下可有较高的电感量。然而，缺点是其可耐受的饱和电流较低，且铁芯一旦饱和，磁导率会急遽下降。用于功率电感时，会在主磁路留气隙，可降低磁导率，避免饱和及储存较多能量；含有气隙时的等效相对磁导率约可在 20-200 之间。由于材料本身的高电阻率可降低涡电流造成的损耗，因此在高频时损失较低，较适用于高频变压器，EMI 滤波电感及电源转换器的储能电感。以操作频率而言镍锌铁氧体适合用在（＞1 MHz），而锰锌铁氧体适用于较低的频段（＜2 MHz）。
粉末铁芯：粉末铁芯亦属于软磁类铁磁材料，是由不同材料的铁粉合金或只有铁粉所制成，配方中有颗粒大小不同的非导磁材料，因此饱和曲线较为缓和。粉末铁芯多以环型呈现居多，
常见的粉末铁芯有铁镍钼合金、铁硅铝合金、铁镍合金及铁粉芯等。因所含成分不同，其特性及价格
也有所不同，因而影响电感器的选择。
不同磁芯特性对比

以实际应用而言，其中之铁硅铝合金的特性在各方面均不错，相对成本低，具有高性价比，因此常被用于 EMI 滤波电感。
锰锌铁氧体的相对磁导率远高于铁粉芯，饱和磁通密度也相差很多，铁氧体约 5000 高斯而铁粉芯大于 10000 高斯以上。
铁芯饱和特性各有不同；一旦超过饱和电流，铁氧体铁芯的磁导率会陡降，而铁粉芯则可缓慢降低。

磁滞回线
磁化过程
如将完全无磁状态的铁磁物质放在磁场中，磁场强度从零逐渐增加，测量铁磁物质的磁通密度 B，得
到磁通密度和磁场强度 H 之间关系，并用 B-H 曲线表示，该曲线称为磁化曲线。

①饱和磁感应强度 Bs
是在指定温度(25℃或 100℃)下，用足够大的磁场强度磁化磁性物质时，磁化曲线达到接近水平时，不再随外磁场增大而明显增大(对于高磁导率的软磁材料,在µr=100 处)对应的 B 值。
②剩余磁感应强度 Br
铁磁物质磁化到饱和后，又将磁场强度下降到零时，铁磁物质中残留的磁感应强度，即为 Br。称为剩余磁感应强度，简称剩磁。
③矫顽力 Hc
铁磁物质磁化到饱和后，由于磁滞现象，要使磁介质中 B 为零，需有一定的反向磁场强度-H，此磁场强度称为矫顽磁力 Hc。
如果磁滞回线很宽，即 Hc 很高，需要很大的磁场强度才能将磁材料磁化到饱和，同时需要很大的反向磁场强度才能将材料中磁感应强度下降到零，也就是说这类材料磁化困难，去磁也困难，我们称这类材料为硬磁材料。如铝镍钴，钐钴，钕铁硼合金等永久磁铁，常用于电机激磁和仪表产生恒定磁场。这类材料磁化曲线宽，矫顽磁力高。
另一类材料在较弱外磁场作用下，磁感应强度达到很高的数值，同时很低的矫顽磁力，即既容易磁化，又很容易退磁。我们称这类材料为软磁材料。开关电源主要应用软磁材料。属于这类材料的有电工纯铁、电工硅钢、铁镍软磁合金、铁钴钒软磁合金和软磁铁氧体等。某些特殊磁性材料，如恒导磁合金和非晶态特性，但是又为什么有这个特性呢？
比如下面几个问题：
①电感线圈里面加个磁芯，电感值会增大很多，这是为什么呢？
②还有电感有饱和电流，那电感为什么会饱和呢？
③磁滞回线又是什么呢？
④磁导率又是个啥？
物质的磁性
首先来说下物质的磁性是怎么来的。所有物质的磁性都是电流产生的，永久磁铁的磁性就是分子电流产生的。所谓分子电流就是磁性材料原子内的电子围绕原子核旋转形成的。

磁芯的气隙

最近又了解新东西了，那就是气隙，电感的气隙或者是变压器的气隙。
总有人喊我大佬，我知道，他们只是不知道怎么称呼我而已。说出来我也不怕掉粉，在不久之前，我甚至都不知道气隙是什么。我原来以为，变压器磁芯中间那个缺口存在的原因，只是因为生产不方便，或是为了绕线方便。
以前工作中用得最多的也就是电感了，电感选择也很简单，看下电感量，额定电流，温升电流，封装屏蔽性能，再留些裕量基本差不多了。变压器也只在做隔离 POE 的时候用过，型号也是直接指定，所以也不需要我去详细了解。我相信，大多数硬件工程师也是我这种状态吧。那么，是不是我们没有了解磁芯和气隙的必要呢？当然是有必要的，我在学习磁芯的时候，感觉对电感和变压器的理解更清晰了，这种清晰的感觉让人很舒服。

什么是气隙？
磁芯的气隙，是指一部分磁路是由空气构成，故称为空气间隙，简称气隙。如 EI 型磁芯，E 和 I 的结合总存在缝隙，磁路就有气隙。圆形磁环中间开个缺口，缺口处就是气隙。
气隙有什么用？
①气隙可以减小磁导率
②增大饱和电流
③增大储存能量的能力
④也可以减小剩磁
那为什么有这些作用呢？
下面从微观的角度来解释下这些作用产生的原因。
现在有一个圆形磁环，我们绕上线圈，通上正好使磁芯饱和的电流。正好饱和，说明里面所有的磁畴
都已经有序排列了。

这时在磁环上开个气隙，去除掉一部分磁芯，那么这一部分磁畴也就被去掉了。原来在气隙处的磁畴是有序排列的，相当于是一个小磁铁，所以对气隙旁边的磁畴的有序排列有正向的作用力，现在被去掉了，所以作用力消失。

气隙旁边的磁畴原来是恰好可以全部都有序排列的，现在受到的正向作用力变小了，所有就不能全部有序排列了，磁性变小，进一步导致气隙旁边的旁边的磁畴受到的作用力也变小，也没有全部有序排列，这样一个传一个，整个磁芯的磁畴没有有序排列的更多。
因此，这个开了气隙的磁环是没有磁饱和的。
要想使磁畴再次全部有序排列，我们必须通上更大的电流，直到再次饱和。

因此，可以看出，增加气隙，饱和电流增大了。并且从整体上看，磁畴总的有序排列变少，那么产生的磁通也变小了，即磁导率变小了。也可以看出，气隙的增加，从整体上看，弱化了磁畴间的正向相互作用力，因此在没有电流的时候，剩磁变小了。
假定没有气隙时，完全磁饱和对应的磁场强度为 Bm，那么加了气隙以后，增大电流，使磁环的所有磁畴再次达到饱和，这时磁场强度应该是多少呢？
我们假想一下，磁环里面的所有磁畴在饱和电流时全部排列，也就是最难偏转的那个磁畴在此时正好偏转，无论我们加不加气隙，要是那个最难的磁畴发生偏转，所以它所在的地方的磁场强度就是 Bm。所以加了气隙之后，饱和时的磁场强度还是 Bm，相对于之前没有变化。