MLCC電容嘯叫的4個解決方法

嘯叫是指聽到來自PCB板的類似“嘰”或“吱”聲音的現象。例如，聽說有的便攜設備用的廉價充電器發出相當大的嘯叫音。

可能有些設備或環境即使產生了嘯叫也未注意到，或者是不在意的現象，但如果在就寢時的安靜環境中，應該可以注意到便攜設備充電器等的嘯叫聲。另外，音頻設備等聽到在播放聲音之外的聲音就是比較嚴重的問題了。

首先，講解一下嘯叫的機理。

高介電常數的陶瓷電容器具有給電介質施加電壓時，電介質變形(失真)的特性。這是壓電效應的相反現象，被稱為“逆壓電效應”。此外，有時也將具有這種特性表達為“壓電性”或“逆壓電性”。如果施加的是DC電壓，則僅產生相應的失真，而如果是有振幅的電壓，則使MLCC周期性地變形并引起PCB板振動。如果其頻率是可聽頻段20Hz～20kHz，就可聽到聲音。

上圖是更具體的示意圖，表示施加電壓與MLCC變形的關系。從開關電源考慮，輸出電壓是DC，包括開關頻率引起的紋波電壓。輸出紋波誘發被用作輸出電容器的MLCC的振動。

在PCB板中，由于在MLCC兩端的電極為焊接，電極間的長度方向的變形(圖中藍色的雙箭頭)使PCB板表面(圖中黃綠色的雙箭頭)變形，如此反復導致振動。該振動通過PCB板的傳導被放大，成為人耳能聽到的程度的音壓是嘯叫。當然，條件是振動的頻率為可聽頻段。

嘯叫是種典型的現象，有怎樣的對策呢?

嘯叫不僅與電介質材料和電容器的形狀有關，也與PCB板的尺寸和安裝狀態等有關，實際上需要進行電容器自身的對策和布局兩方面的探討。不管怎樣，讓嘯叫完全消失是相當難的，可采用改善到容許范圍內的方法。在此介紹4個對策。

①通過材料進行改善

開發出使用了逆壓電效應很低、即變形較小的電介質材料的MLCC?；旧先缬覉D所示，低介電常數材料的失真更低。例如，有LD(Low Distortion)系列等可降低嘯叫的產品群。

②通過電路板設計進行改善

這是PCB板方面的改善。例如，對于同一電源線，如圖所示，兩面安裝相同的MLCC。兩個MLCC的振動相反相互抵消，振動被緩解。

③通過結構進行改善：LW(長度-寬度)逆轉結構

MLCC的電極間的長度通常大于寬度。通過縮短電極間的長度，可減輕導致PCB板振動的電極間的變形。如圖所示，準備了寬度較電極間寬的類型的MLCC。圖中稱為“RGC”的是逆轉結構型。

④通過結構進行改善：金屬框架型

在彎曲應力的對策中提過的金屬框架型MLCC也有助于改善嘯叫。從結構立刻可以想象到，金屬框架吸收MLCC的振動。

各種對策的效果是怎么樣的?

這四個對策之中，可以預期金屬框架有很好的效果?？丛囼灁祿鸵荒苛巳涣?。從以下數據可以看出，金屬框架型與標準品相比，最大可改善約30dB的音壓。

關于嘯叫的對策，要注意的地方

嘯叫如前面所提到的，不僅與MLCC的材料和形狀有關也與PCB板和安裝有關，因此有些情況需要從不同的角度來多方研究。不僅是改善效果的大小，為了改善嘯叫有可能要變更PCB板布局和元器件?，F實中，這些有可能是限制事項，有時需要權衡。

例如，雖然金屬框架型的改善效果很好，但對元器件的高度有限定時，可能無法使用。相反，如果因改善效果不錯、可解決高度問題而采用LW逆轉型，則需要變更布線模式和布局。下表總結了這些限制事項與對策的關系，僅供參考。

電容器制造商可以采取包括這些方法在內的綜合嘯叫對策，所以咨詢制造商也是良策。

另外，嘯叫對于疊層陶瓷電容器自身的可靠性有不良影響嗎?例如，如果響聲不是問題，可以對響聲置之不理地繼續使用下去嗎?

嘯叫被認為對MLCC自身沒有影響。MLCC自身的振動非常小，僅為微米～納米級別。相比之下，利用壓電效應的壓電蜂鳴器和陶瓷振蕩器等，是積極的利用了高達幾十倍振動的產品，具有充分的可靠性。從這點看也可以理解MLCC的逆壓電效應對可靠性并沒有特別的影響。