高容量MLCC測試說明
我們用LCR儀表測量高容量的MLCC（X5R/X7R材質等）時，通常得到的容值為什么會出現低于規定公差范圍的容值呢？因為II類材質MLCC的容量是隨著溫度、電壓(AC/DC)和頻率的變化而發生明顯變化的。所以我們測得不合格原因有：（2）儀表測量條件設置不正確或使用的測量儀器不具備精確測量所需的能力。針對問題（1）的解決方案就是我們必須充分了解MLCC的特性和測量條件。即MLCC的容量和損耗具有隨溫度、頻率和電壓的變化而變化的特性。所以我們測量容量和損耗因數的時候，應規定三個測量條件“溫度”、“電壓（AC/DC）”和“頻率”。高容量MLCC的測量條件如表1所示。標稱容量 | 測量溫度 | 測量頻率 | 測量電壓 |
C≤10μF | 25±3℃ | 1KHz±10% | 1.0±0.2Vrms |
C＞10μF | 25±3℃ | 120±24 Hz | 0.5±0.1Vrms |
針對問題（2）的解決方案就是我們要了解測量儀器的測量能力并確認其滿足表1中列出的測量條件。MLCC的測量儀器主要有哪些？其測量原理是怎么樣的呢？其測試方法又如何？高容產品如何才能測量出準確的容值呢？接下來我們將會從測量儀器、測量原理和舉例測試進一步說明。我們常用的典型LCR測量儀器是德科技（前身是安捷倫科技）的4980A、4981A、4278A和4268A等，如圖1所示。
圖1 E4980A電橋
圖2 16334A夾具
LCR儀表的典型測量系統是“自動平衡電橋法”，如圖2所示。在圖2中， 流經電阻R的電流始終等于流經DUT（被測元件）的電流，即DUT（低電壓側）的L側端電勢始終等于虛擬接地電平（電勢=0）。在這種情況下，可以確定DUT的阻抗值。V1= |V1| ∠θ1 = |V1|cosθ1+|V1|sinθ1V2= |V2| ∠θ2 = |V2|cosθ2+|V2|sinθ2此時，同時測量V1和V2、q1和q2的相位角，并根據上述相位角和Zx值計算“電阻分量Rx”和“電抗分量Xx”，由此確定容量和損耗因子。
圖3自動平衡橋原理圖
LCR儀表通常提供內部電阻以保護其自身的電源電路。根據該電阻的值，加載在被測電容器兩端的電壓差值太低的話，會直接影響電容器的容量和損耗測量。使用圖4所示的簡單等效電路模型來解釋這種機理。向被測元件DUT施加測量電壓
。施加到DUT的測量電壓
由下式確定：
因此，電容器的測量電壓不同于電源電壓。我們建議使用自動將“測量電壓”保持在預設電壓（ALC功能）的LCR電橋。當使用不提供此功能的LCR表時，您必須手動測量被測電容器端子之間的實際電壓，并手動調整。
圖4測量電壓原理圖
電容測量電路模式通常包括兩種類型的電路模式，分別是并聯等效電路模式和串聯等效電路模式。小電容具有大電抗，即高阻抗，這導致并聯電阻Rp對測量的影響遠大于串聯電阻Rs的影響，因此可以忽略Rs，測量電路提供并聯等效電路模式。 大電容具有小電抗，即低阻抗，這使得串聯電阻Rs對測量的影響遠大于并聯電容Rp，因此可以忽略Rp，測量電路提供串聯等效電路模式。
圖5并聯等效電路模式 圖6串聯等效電路模式
(3)測量電路模式根據待測電容器的阻抗值確定，該電容器相對于電橋的內部阻抗一般以約10Ω切換。因此，當電容器的阻抗變為10Ω或更大，其通過并聯等效電路模式測量。當測量超過10μF的電容，使用串聯等效電路模式，因為其阻抗低于10Ω。采用E4980A電橋和夾具16334A測量MLCC演示：在測量之前需提前打開設備預熱30分鐘以上，以及進行短路和開路校準。下面將用示例說明為什么我們測量高容產品時，會出現容值偏低的現象。示例：測量1206 X5R 47μF ±20% 6.3V產品的容量和損耗。測量該產品請使用表1的正確測量條件，正確的測量頻率和電壓為“120Hz”和“0.5Vrm”，若用錯誤的條件測量，如頻率“1KHz”和電壓“1Vrm”測量到的容量會低很多。如圖7顯示，用頻率和電壓為120Hz，0.5Vrm的條件測量，容值和損耗分別為42.24μF和7.28%，在規定的容量和損耗公差范圍內，結果合格。輸出電壓指電橋的實際輸出電壓，即加到被測電容器兩端的電壓為500mV。
圖7 測量條件：120Hz，0.5Vrm
如圖8顯示，用頻率和電壓為1KHz，1Vrm的條件測量，容值為32μF，容值非常低，不在規定的容量公差范圍內，比用正確條件測量的容值還低20%以上。輸出電壓，即加到被測電容器兩端的電壓約為49.55mV，比設定值1Vrm還低很多。
圖8 測量條件：1KHz，1Vrm
那么測量條件正確的情況下，我們測量出來的容值還會偏低么？這關系到測量儀器的實際輸出電壓問題的討論。當我們的測試電壓設置為1Vrm，但實際輸出電壓達不到1Vrm時，我們測量的容值是不準確的。為保證實際輸出電壓能達到1Vrm，我們必須將電橋的ALC（自動電平控制）設置為“ON”狀態。以0805 X7R 10μF ±10% 16V的產品為例，采用1KHz，1Vrm的條件測量（如圖9和圖10），當電橋ALC開啟時，測量得到準確的容量為10.31μF。當電橋ALC關閉時，實際輸出電壓不足1Vrm，測量得到的容量很低，為8.32μF，此時的容量不準確。如圖9所示，測試產品之前，將電橋的ALC設置為“ON”狀態，顯示界面電壓設置處level有星號“*”顯示，表示ALC已開啟，測量電壓（實際輸出電壓）為1Vrm，此時測量的容值為10.31μF，在容量的規定公差范圍內。
圖9 ALC設置為“ON”狀態
如圖10所示，電橋的ALC設置為“OFF”狀態，顯示界面電壓設置處level沒有星號“*”顯示，表示ALC關閉，測量電壓（實際輸出電壓）約為186mV，容值約為8.32μF，容值明顯偏低，不準確。
圖10 ALC設置為“OFF”狀態
最后，我們回顧一下測量準確容量的方法，一是必須選擇正確的測量條件（溫度、頻率、電壓），二必須設置正確的條件及儀器滿足精確測量的能力（實際輸出電壓應等于設置電壓）。原文始發于微信公眾號（四川華瓷MLCC技術社區）：MLCC電容量為何測不準?
