MLCC 구조와 원리, SLCC vs. MLCC, 커패시턴스 값 결정, 세라믹 커패시터 특성

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1. MLCC 구조와 원리 개요

MLCC란 Multi-Layer Ceramic Capacitor의 약자로, 다층 세라믹 커패시터를 의미합니다.
전자 부품 중 하나로서 전기적 에너지를 저장하고 전기적 필터링을 수행하는 역할을 합니다.
MLCC는 작고 경량이며 높은 용량을 제공하면서 전기적 노이즈를 감소시키는 데 사용됩니다.

MLCC는 현대 전자 기기와 회로에서 핵심적인 부품으로 사용됩니다.
예를 들어, 휴대전화, 컴퓨터, 텔레비전, 자동차 등 다양한 전자 제품과 회로에서 MLCC는 필수적인 요소입니다.
회로에서 노이즈를 감소시키고 안정된 전기적 성능을 유지하는 데 도움이 되며, 고주파 및 저주파 신호를 제어하여 전기적 안정성을 유지합니다.

MLCC 구조와 원리는 회로의 안정성과 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.
또한 MLCC구조와 원리로 인해 작은 크기와 높은 용량은 제품의 크기와 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
따라서 현대 전자 제품 및 회로 설계에서 MLCC는 필수적인 부품으로서 중요한 위치를 차지하고 있습니다.

2. MLCC 구조와 원리

MLCC 구조와 원리 중 먼저 구조에 대해 알아보도록 하겠습니다.

2-1) MLCC 구조

MLCC 구조와 원리 : 구조

MLCC는 다층 세라믹 커패시터로, 여러 개의 세라믹 층과 내부 구성 요소로 구성됩니다.
각 구성 요소는 MLCC 구조와 원리에 의해 동작과 성능에 중요한 역할을 합니다.

  • Active Area (활성 영역)
    MLCC의 주요 작동 영역이며, 전기적 에너지를 저장하고 전기적 필터링을 수행합니다.
  • Ceramic (세라믹)
    MLCC의 주요 재료로 사용되며, 세라믹은 높은 절연성과 안정성을 제공합니다.
    세라믹은 다층 구조로 쌓여져 있으며, 각 층은 전기적으로 절연되어 있습니다.
  • Plating (Ni/Sn) (도금)
    MLCC의 외부에 Ni (니켈) 및 Sn (주석)으로 구성된 도금이 있습니다.
    이 도금은 MLCC를 부착하고 회로에 연결하는 데 사용됩니다.
  • Termination (Cu-Epoxy) (단자)
    MLCC의 단자는 전기적으로 연결되는 부분으로, Cu (구리)와 Epoxy로 구성되어 있습니다.
    이 단자는 MLCC를 회로에 연결하는 역할을 합니다.
  • Termination (Cu) (단자)
    MLCC의 다른 측면에도 Cu (구리) 단자가 있습니다.
    이 단자는 MLCC를 회로에 안정적으로 고정시키고 전기적으로 연결하는 데 사용됩니다.
  • Inner Electrode (Ni) (내부 전극)
    MLCC의 내부에는 Ni (니켈)로 구성된 내부 전극이 있습니다.
    이 내부 전극은 세라믹 층 사이에 위치하여 전기적 에너지를 저장하고 전기적 필터링을 수행합니다.

다음은 MLCC 구조와 원리 중 동작 원리에 대해 알아보도록 하겠습니다.

2-2) 동작 원리

다층 세라믹 커패시터(MLCC)의 다층 구조는 여러 가지 이점을 제공하며, 이를 이해하기 위해 MLCC 구조와 원리를(동작) 자세히 살펴볼 수 있습니다.

  • 절연성 및 안정성
    MLCC의 다층 구조는 세라믹으로 구성되어 있어 높은 절연성을 제공합니다.
    세라믹은 전기적으로 안정되어 있고 외부 환경으로부터 보호됩니다.
    따라서 MLCC는 넓은 온도 범위와 다양한 환경 조건에서 안정적으로 동작할 수 있습니다.
  • 고용량 및 소형화
    다층 구조를 채용함으로써 MLCC는 작은 공간에 더 많은 용량을 담을 수 있습니다.
    각각의 세라믹 층은 얇게 적층되어 있으며, 이는 전체적인 용량 및 에너지 저장 능력을 높여줍니다.
    따라서 공간을 효율적으로 활용하면서도 높은 용량을 제공할 수 있습니다.
  • 고주파 특성
    다층 MLCC는 고주파 응용에서 특히 유용합니다.
    세라믹 층 사이의 작은 간격은 고주파 신호를 효과적으로 캡처하고 전송할 수 있습니다.
    이는 통신 시스템 및 무선 장치와 같은 고주파 응용에서 MLCC를 널리 사용하는 이유 중 하나입니다.
  • 내부 전극 구조
    MLCC의 다층 구조는 내부 전극을 효율적으로 구성할 수 있도록 합니다.
    내부 전극은 각 세라믹 층 사이에 위치하며, 이를 통해 MLCC는 전기적 에너지를 저장하고 전압을 안정화하는 역할을 수행합니다.

MLCC 구조와 원리에서 다층 구조는 여러 가지 장점을 제공하며, 이는 고성능 및 안정성을 보장합니다.
또한 이러한 다층 구조는 전력 전자 기기 및 회로에서 널리 사용되는 이유 중 하나입니다.

3. SLCC vs MLCC 차이

MLCC 구조와 원리 : SLCC vs. MLCC

SLCC는 간단한 구조와 저비용으로 특히 RF 응용 분야에 유용하며, MLCC는 소형화 및 소형화 기술을 통해 고밀도 및 다양한 전자 기기 및 회로에 적합합니다.

MLCC 구조와 원리 : 비교

4. 커패시터의 커패시턴스 값 결정

커패시터의 커패시턴스 값은 네 가지 요인에 의해 결정됩니다.
부품의 층 수, 유전상수 및 활성 영역은 모두 커패시턴스 값과 직접적으로 관련이 있습니다.
유전상수는 세라믹 재료(NP0, X7R, X5R 또는 Y5V)에 의해 결정됩니다.
활성 영역은 단순히 두 개의 상대적인 전극 사이의 겹침입니다.

유전체 두께는 커패시턴스 값과 반비례 관계에 있으므로, 유전체가 두꺼울수록 커패시턴스 값이 낮아집니다.
이는 부품의 전압 등급을 결정하기도 합니다.
두꺼운 유전체가 얇은 유전체보다 더 높은 전압 등급을 갖기 때문입니다.
이것이 MLCC의 기본적인 트레이드오프입니다 – 전압과 커패시턴스 사이의 교환입니다.

MLCC 구조와 원리 : 유전 상우
  • 손실계수: 커패시터에서 발생하는 열로 낭비되는 에너지의 백분율
  • 유전체 견딜 수 있는 전압: 짧은 시간 동안 커패시터가 견딜 수 있는 전압
  • 절연 저항: 부품의 누설 전류와 관련된 직류 저항

커패시터의 중요한 사양은 유전상수, 손실계수, 유전체 견딜 수 있는 전압 및 절연 저항입니다.

  • 유전상수: 이는 사용된 세라믹 재료에 따라 달라집니다.
    표에서는 다양한 유전체와 그들의 일부 사양을 보여줍니다.
    NP0는 가장 낮은 유전상수를 가지며, 다음으로는 상당히 높은 상수를 가진 X7R이 있고, 그 다음은 더 높은 Y5V입니다.
    이것이 X7R 커패시터의 커패시턴스 값이 NP0 커패시터보다 훨씬 높은 이유이며, Y5V가 X7R보다 더 높은 커패시턴스를 갖는 이유입니다.
    온도에 따른 커패시턴스 변화는 NP0 부품의 경우 -55℃에서 125℃까지 매우 작고, X7R 부품의 경우 더 크며, Y5V의 경우 더 큽니다.
    따라서 물질이 제공하는 커패시턴스가 많을수록 온도에 따른 커패시턴스의 안정성이 낮아집니다.
  • 손실계수: 이는 커패시터에서 발생하는 열로 낭비되는 에너지의 백분율입니다.
    보통 NP0 재료가 가장 효율적이며, 그 다음으로 X7R이 나오고, 세 재료 중에서 가장 효율성이 낮은 Y5V입니다.
  • 유전체 견딜 수 있는 전압: 이는 커패시터가 손상 없이 견딜 수 있는 순간 과전압을 의미합니다.
  • 절연 저항: 이는 커패시터의 직류 저항으로, 누설 전류와 밀접한 관련이 있습니다.

5. 세라믹 커패시터 특성

MLCC 구조와 원리는 앞에서 설명 드렸고,마지막으로 세라믹 커패시터 특성에 대해 알아보도록 하겠습니다.

MLCC 구조와 원리 : 임피던스


저 임피던스, 등가 직렬 저항(ESR) 및 등가 직렬 인덕턴스(ESL) 등이 있습니다.
주파수가 증가함에 따라 세라믹이 탄탈럼 및 기타 전해 커패시터에 비해 큰 이점을 갖습니다.

MLCC는 탄탈럼 및 다른 전해 커패시터와 비교할 때 저 임피던스를 갖습니다.
이는 더 낮은 인덕턴스와 동등 직렬 저항(ESR)을 포함합니다.
이는 세라믹 커패시터가 전해 커패시터보다 훨씬 높은 주파수에서 사용될 수 있음을 의미합니다.

온도 계수: 온도에 따른 커패시턴스 변화를 설명합니다.

MLCC 구조와 원리 : 온도

세라믹 재료는 그들의 온도 계수에 의해 정의됩니다.
커패시턴스의 온도에 따른 변화를 설명하는 것으로, 예를 들어 X7R은 -55도에서 125도의 온도 범위에서 커패시턴스가 +/-15% 변할 수 있다는 것을 의미합니다.
위의 그래프는 NP0, X7R 및 Y5V 재료의 온도 계수를 보여줍니다.

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