제1장3절 특성과 특징

제1장 MLCC의 개요

제 3 절 특성과 특징

 

1항 특성에 의한 분류

 

MLCC는 사용되는 유전체 재료에 따라 Class 1(저유전율계)과 Class 2(고유전율계)의 2종류로 크게 나뉜다. Class 1의 MLCC에는 CaZrO3등의 상유전체가 사용되고 있으며, 그 비유전율은 수 10정도이다. 이 때문에 대용량의 MLCC는 아니지만 환경온도나 전압의 변동에 비해 용량 변동이 작다. 예를 들면 온도에 대한 용량변화가 선형적이며, 그 변화율도 수백 ppm/t 정도로 매우 작기 때문에 공진회로 등 용량안정성이 요구되는 회로에 사용되고 있다. 이러한 특징으로 온도보상용 콘덴서라고도 불린다.

 

이에 반해 Class 2의 MLCC에는 BaTiO3 등의 유전율이 높은 강유전체가 사용되고 있으며, 그 비율 유전율은 수 1,000에서 12,000 정도로 크다. 이 때문에 소형 대용량의 MLCC가 설계 가능하며, 주로 디커플링 콘덴서나 백업 콘덴서로 널리 사용되고 있다.  한편 이 Class 2 MLCC는 환경온도나 전압의 변동에 따라 용량이 변동한다는 특징이 있다.따라서 회로설계 시에는 MLCC의 사양을 잘 확인하여 실사용 환경에서 필요한 용량을 확보할 수 있는 MLCC를 선택하는 것이 중요하다.

 

MLCC는 소정의 온도 범위 내에서의 용량 변화율에 따라 몇 가지 분류로 나뉜다.

그림 1 에 주요한 분류를 나타낸다.일본공업규격(JIS)과 미국전자공업회 EIA)에서 정의 및 호칭에 차이가 있으므로 주의가 필요하다. 예를 들어 용량변화율의 기준이 되는 온도는 JIS에서는 20℃, EIA에서는 25℃이다.

그림1 MLCC의 온도특성에 의한 분류

MLCC의 선택에 있어서는 용량 외에 정격전압의 확인이 불가결하다. MLCC에는 신뢰성을 확보할 수 있는 전압 상한이 정격 전압으로 정해져 있으며,  2.5Vdc부터 수10kVdc까지 라인업이 존재한다. 실사용 환경에서는 이 정격 전압을 넘지 않는 회로설계 혹은 충분히 높은 정격 전압의 MLCC를 채용할 필요가 있다. 다만 일반적으로 정격 전압이 큰 MLCC일수록, 두꺼운 유전체층이 필요로 되므로 용량이 작아지지만 형상이 크게 되는 경향이 있다.

 

 

2항 DC-Bias특성

 

Class 2-MLCC는 입력되는 직류전압에 의해 용량이 변화하는 특징이 있다. 그림2는 실온에서 직류 바이어스를 인가했을 때의 각종 MLCC의 용량 변화율을 나타낸다. Class 1-MLCC(그림 중 COG)에서는 거의 변화하지 않은 반면 Class 2-MLCC(그림 중 X5R과 Y5V)에서는 전압증가와 함께 용량이 저하되었다.

 

그림 2 MLCC용량의 직류Bias의존성

또한 X5R 제품에 비해 Y5V 제품의 용량 변화가 큰 것을 알 수 있다. 여기서 주의할 것은 온도특성과 바이어스특성 사이에 직접적 관계가 없다는 점이다. 직류 바이어스에 의한 용량변화율은 대체로 사용하고 있는 유전체 재료의 비유전율에 대응하며, 일반적으로 고유전율 재료일수록 용량 변화가 커지는 경향을 보인다.

따라서 MLCC 선택에 있어서는 온도특성의 좋고 나쁨과는 별도로 직류바이어스 특성에 대한 사양을 잘 확인할 필요가 있다.

 

 

3항 교류전압 특성

 

Class 2-MLCC의 용량은 교류전압의 크기에 따라서도 변화한다. 그림 3은 전형적인 X5RMLCC에서의 교류전압(실효치)과 용량변화의 관계를 나타낸 것이다.

 

그림3 MLCC용량의 교류전압의존성

기준을 0.5Vrms로 했을 때의 용량변화율로 표현되어 있다.이 그림에 있듯이 용량은 교류전압이 커짐에 따라 커지는데, 어떤 전압을 초과하면 다시 저하하는 이는 강유전체 재료물성(비선형 유전율)에 기인하는 현상이다.또 교류에 대해서는 다음 항에 기술한 바와 같이 그 주파수도 관계된다.

 

 

4항 주파수 특성

 

임피던스 소자로서 MLCC를 파악하면 주파수 특성이 특히 중요하다. MLCC는 알루미늄 전해 콘덴서나 탄탈 콘덴서와 비교하여 등가직렬저항(ESR)이 낮기 때문에 작은 용량이라도 비교적 높은 주파수까지 임피던스를 낮출 수 있다.(그림4)

 

그림4 MLCC의 주파수특성(전해콘덴서와 비교)

 

이와 같이 필요한 저임피던스를 얻기 위한 용량이 작아지는데다 소형 대용량이라는 MLCC의 특징을 살리는 것으로, 전해 콘덴서를 보다 소형의 MLCC로 치환하여 회로기판상에 실장되는 콘덴서 점유면적을 삭감할 수 있다.

 

 

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