一、引言

MLCC是一种无极性的电子元器件，广泛应用于通讯、汽车电子、家电、储能电源、数据中心、AI等行业，其最主要的电性能参数是容量（C）、损耗（DF）和绝缘电阻（IR）。有时我们会遇到MLCC的测试异常问题，即我们在对MLCC做进料检验或样品测试时，有时会测试不到电性能或者测到的电性能不合格。针对MLCC的测试问题，本文将列举常见的测试问题，不合格的主要原因，应对措施和注意事项，II类电容特性对容量和损耗测量的影响，以及电桥的测试原理和方法。

二、常见的MLCC电性能问题   

 

1.C0G高频材质容量测试时偏小或者偏大（超出标称容量范围）。

2.II类材质高容产品容量偏低（超出标称容量范围）。

3.产品损耗过大，或已不在规定范围内。

4.绝缘电阻偏小，或已不在规定范围内（若产品本身有缺陷或者已失效的产品，在此不做分析）。

三、电性能测试不良原因分析

 

 

原因分析导图

 

四、应对措施及注意事项（未与不良原因一一对应）

 

序号	项目	应对具体细则和注意事项	备注
1	测试温湿度	测试温度： 25℃±3℃ 测试湿度：≤75%（测量IR）	参考国标GB/T  6346.1-2024、Murata和Fenghua规格书
2	常用的容量、损耗测试条件	（1）I类高频材质，≤1000pF，1MHz±10%，1±0.2Vrms；＞1000pF，1KHz±10%，1±0.2Vrms。 （2）II类材质，≤10μF，1KHz±10%，1±0.2Vrms；＞10μF，120±24Hz，0.5±0.1Vrms。	参考国标GB/T 21042-2007、Murata和Fenghua规格书
3	测量仪器	（1）定期校准（如电桥的短路和开路校准，第三方校准）、定期保养。 （2）测量I类高精度产品时，建议选择精度高的仪器。	测量容量和损耗建议选keysight品牌电桥。
4	测量夹具	（1）定期保养，避免测试夹嘴被污染或氧化。 （2）做好夹具补偿。 （3）最好匹配原装夹具。
5	去老化	针对II类材质产品，在约150℃下预热1h±10min 后，在室温下放置 24±2h。	高容产品容值偏低影响应对
6	测试样品	（1）若是产品表面脏污，则需要用无水乙醇进行清洗后再测试。 （2）产品氧化的话，可以用镊子轻轻刮掉部分氧化层，但是注意不要伤到产品。	测试值较大偏差时应对
7	测量高容	测量高容时，注意去老化及选择输出电压足够的电桥。	第四点将对如何测准高容做分析。
8	注意	当你仪器、测量条件等都没问题时，测试电性能仍不合格，那就是产品的问题，建议对产品进行失效分析。

 

五、II类电容特性对容量和损耗测量的影响

 

MLCC具有体积小、高可靠性、低阻抗和无极性等优点，但另一方面，它们也存在电容随温度或电压变化而变化的缺点。以1206尺寸10µF X7R特性和Y5V特性的MLCC测量为例，解释影响电容和损耗测量的各种特性。

1.温度特性

MLCC的温度特性如下图所示，在1kHz、1Vrms的测量条件下，X7R特性的电容变化率最大在±15%以内，而Y5V特性的电容器允许在更宽的范围内变化，为+30%/-80%。耗散因数也根据测量温度变化，对于X7R和Y5V特性的电容器，低温下耗散因数趋于上升。

 

 

容量/损耗-温度特性曲线图 

2．电压特性

(1) 交流电压特性

X7R和Y5V材质MLCC的交流电压特性如下图所示，在25℃、1kHz的测量条件下，X7R特性电容器的电容变化率最大在±5%以内，而Y5V特性电容器的电容最大下降50%，并根据施加的交流电压水平变化。而且Y5V材质电容器的耗散因数也随测量电压而显著变化，但X7R材质电容器的变化却很小。

 

容量/损耗-交流电压特性曲线图 

(2) 直流偏置特性

X7R和Y5V材质MLCC的直流偏置特性如下图所示，在25℃、1kHz、1Vrms的测量条件下，X7R材质电容器的容量随施加的直流偏置电压最大下降60%，而Y5V材质电容器的电容下降多达90%。MLCC的容量随着施加的直流偏置电压增加而下降。此外，这些电容器的耗散因数随着直流偏置电压的增加而下降。

 

容量/损耗-偏置直流电压特性曲线图 

 

（3）频率特性

X7R和Y5V材质MLCC的频率特性如下图所示，尽管X7R和Y5V材质电容器的容量在测量频率变化时变化不大，但它们的耗散因数随测量频率发生显著变化。Y5V材质电容器的容量下降到低于50%的原因是，通常无法用常规阻抗分析仪（例如LCR表）在这些频率步进下对Y5V材质电容器施加1Vrms，而是使用0.1Vrms。在0.1Vrms的交流测量电压下，Y5V材质的电容下降50%（见AC-损耗变化特性图）。

 

容量/损耗-频率特性曲线图 

 

(4)综上所述：

如上所述，MLCC的容量和耗散因数随测量温度、交流电压、直流偏置和频率变化。因此，MLCC的容量和耗散因数应在指定“温度”、“电压（交流和直流）”和“频率”三个测量条件后进行测量。在使用这些电容器设计电子电路时，应仔细考虑其在预期环境和工作条件下的特性值。

六、典型的测量电桥和夹具

1.测量电桥

LCR电桥通常用于测量电容器的容量和损耗。典型的LCR电桥有安捷伦科技公司（现在已更名为德科技Keysight）的4284A、4278A、4268A和E4980A，如下所示。

 

测量电桥

 

2.测量夹具

测量夹具需要选择适合所用LCR电桥的测量夹具。有两种类型的测量夹具，一种是将芯片电容器放置并测量的夹具，例如安捷伦科技公司16034E，另一种是像镊子一样夹住芯片电容器终端进行测量的夹具，如安捷伦科技公司的16334A，如图所示。

 

测量夹具

 

七、电桥测量分析

 

1.电桥的测量原理分析—如何测量容量和损耗

LCR电桥的典型测量系统是“自动平衡电桥测量系统”，如下图所示，高增益放大器自动调整增益，使电流通过电阻R，流经R与被测负载（DUT）的电流相等，即DUT的L侧端电位（低电压侧）始终等于虚拟地电位（电位=0）。在这种条件下，可以从输出电压E2、反馈电阻R和输入电压E1确定DUT的阻抗值Zx， Zx=R×E1/E2

E1=∣E1∣∠θ1=∣E1∣cosθ1+∣E1∣sinθ1

E2=∣E2∣∠θ2=∣E2∣cosθ2+∣E2∣sinθ2

此时，同时测量E1和E2的相位角θ1和θ2，并可以从上述相位角和Zx值计算出“电阻分量Rx”和“电抗分量Xx”，从而确定容量和损耗。

 

2. 测量电压分析

LCR电桥通常提供内部电阻以保护其电源电路。根据该电阻的值，被测电容器电极之间的实际电压差可能过大，从而无法正确测量电容器的电容和耗散因数。根据所用LCR表的类型，由于大电容（如10µF）的极低阻抗，可能无法在指定电压下测量MLCC容量。

这一原理可以用【电桥测量电压原理图】所示的简单等效电路模型来解释。测量电压施加到DUT，Edut是电源电压EO的一部分，由DUT的阻抗Zx = R + jX和LCR电桥的内部阻抗Rin分压。

施加到DUT的测量电压Edut由以下公式确定：

X=1/ωC=1/(2πfC)

因此，电容器的测量电压与电源电压不同。此时，建议使用能够自动将“测量电压”保持在预设电压（ALC功能）的电桥。当使用不提供此功能的电桥时，需要手动测量被测电容器端子之间的实际电压等，并手动调整。

 

测量电压原理图

3. 电容测量电路模式

电容测量电路模式通常包括两种电路模式：并联等效电路模式和串联等效电路模式。

(1) 在小电容的情况下（见并联等效电路）：

小电容具有大电抗，即高阻抗，这使得并联电阻Rp对测量的影响远大于串联电阻Rs，因此可以忽略Rs，测量电路提供并联等效电路模式。

(2) 在大电容的情况下（见串联等效电路）：

大电容具有小电抗，即低阻抗，这使得串联电阻Rs对测量的影响远大于并联电容Rp，因此可以忽略Rp，测量电路提供串联等效电路模式。

(3) 容量-阻抗关系：

测量电路模式根据被测电容器的阻抗值确定，与LCR表的内部阻抗有关，切换点约为10Ω。如下是电容与阻抗的关系图。国标GB/T 21042-2007的4.5条款定义了容量和损耗的测量频率，对于10µF或更低的电容为1kHz，对于高于10µF的电容为120Hz。因此，所有这些电容值的阻抗都为10Ω或更大，使用并联等效电路模式进行测量。对于超过10µF的电容，则使用串联等效电路模式，因为其阻抗低于10µF的电容阻抗。

4.电桥实际测量高容量范例

采用E4980A电桥和夹具16334A测量MLCC演示：

按电桥操作说明书对电桥开机预热30分钟以上，接好夹具（选用夹具16334A时，CORR设置为1m），接着进行短路和开路校准。

示例：测量1206 X5R 47μF ±20%产品的容量和损耗。

 

EleGraF

 

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测量该产品的测量频率和电压为“120Hz”和“0.5Vrm”，容量和损耗分别为42.24μF和0.072885，在规定的容量和损耗公差范围内，结果合格。输出电压指电桥的夹具两端电压，即加到被测电容器两端的电压为500.139mV，约等于设置的0.5Vrm，如下图所示。

 

测量条件：120Hz，0.5Vrm

用错误的频率和电压为1KHz，1Vrm的条件测量，容值为32μF，容量低了20%以上，不在规定的容量公差范围内。输出电压，即加到被测电容器两端的电压约为49.55mV，比设定值1Vrm还低很多。

测量条件：1KHz，1Vrm

有时当我们用E4980A电桥测试时，测量频率和电压都是正确的，但是测量容量还是偏低，主要原因是E4980A电桥测量高容时，没有打开电桥的ALC（自动电平控制），导致被测电容器的两端电压比设定的测试电压低很多。若是其他电桥，则需要我们测量前，测试下夹具两端的输出电压是否与设定的测量电压一致，若是不一致，需要调节到一致再进行测试。

以0805 X7R 10μF ±10% 的产品为例，采用1KHz，1Vrm的条件测量，当电桥ALC开启时，测量得到准确的容量为10.31μF。当电桥ALC关闭时，实际输出电压不足1Vrm，测量得到的容量很低，为8.32μF，超出了标称容值范围。

所以在使用E4980A电桥测试产品之前，将电桥的ALC打开，显示界面电压设置处level有“*”显示，表示ALC已开启，此时输出电压为1.00012Vrm，约等于设定电压，测量的容值为10.31μF，在标称容值范围内。

ALC打开

另外一种情况，电桥的ALC关闭，显示界面电压设置处level没有“*”显示，表示ALC关闭，测量电压（实际输出电压）为186.589mV，容值约为8.323μF，容值明显偏低，超出了标称容值范围。

ALC关闭