MLCC，即多層片式陶瓷電容器，通常被稱為貼片電容，在應用中可能會遇到噪聲嘯叫的問題。聲音是由物體的振動所產生的，而人耳能夠識別的聲波頻率范圍在20Hz至20kHz之間。MLCC在受到電壓作用時，會產生幅度相對較大的振動，這種振動在微觀尺度下雖然很小，但足以發(fā)出人耳能識別的聲波，即我們聽到的嘯叫聲音。這種聲音的頻率通常位于20Hz至20kHz之間，屬于人耳可聽聲波的范疇。MLCC在受到電壓作用時會產生振動，這背后的原理是什么呢?要解答這個問題，我們首先得了解一個自然現(xiàn)象——電致伸縮。簡單來說，電致伸縮就是外電場作用下物質產生的伸縮形變。而某些高介電常數(shù)的鐵電材料，如MLCC，其電致伸縮效應表現(xiàn)得尤為劇烈，這就是我們所說的壓電效應。壓電效應又分為正壓電效應和逆壓電效應。正壓電效應是指，當對具有壓電特性的介質材料施加機械壓力時，介質晶體會進行結構重組排布，從而在材料表面感應出電荷，產生電位差。嘯叫，這一現(xiàn)象表現(xiàn)為聽到來自PCB板的類似“嘰”或“吱”的聲音。這種問題不僅影響便攜設備的使用體驗，嚴重時還會干擾音頻設備的播放。那么，嘯叫究竟是如何產生的呢?

高介電常數(shù)的陶瓷電容器在施加電壓時，會發(fā)生電介質的變形(失真)，這一現(xiàn)象被稱為“逆壓電效應”。當施加的是直流(DC)電壓時，這種變形只會產生相應的失真，并無其他影響;然而，如果施加的是具有振幅的電壓，電容器會周期性地變形，進而引起PCB板的振動。一旦這種振動的頻率落在可聽頻段，即20Hz至20kHz之間，人們就能聽到嘯叫聲。

詳細地展示了施加電壓與MLCC變形之間的關聯(lián)。在開關電源的情境下，輸出電壓是直流(DC)形式的，其中包含了由開關頻率引發(fā)的紋波電壓。這種輸出紋波會導致被用作輸出電容器的MLCC產生振動。

逆壓電效應揭示了一個有趣的現(xiàn)象：當對具備壓電特性的介質材料施加電壓時，這些材料會產生機械應力，進而發(fā)生形變。這種形變與正壓電效應中由機械壓力引發(fā)的結構重組排布相似，但方向相反。逆壓電效應為電與機械的相互轉換提供了可能，使得我們能夠利用電壓來操控材料的機械應力與形變。壓電效應的學術解釋如下：當在缺乏對稱中心的晶體上施加壓力、張力和切向力時，晶體內部會發(fā)生與應力成比例的介質極化，導致晶體兩端面分別出現(xiàn)正、負電荷，這一系列變化被稱為正壓電效應。相反，若在晶體上施加電場以引發(fā)極化，那么將產生與電場強度緊密相關的變形或機械應力，這一現(xiàn)象則被稱為逆壓電效應。正壓電效應與逆壓電效應共同構成了壓電效應的完整概念。

陶瓷介質是MLCC的核心成分，其在電壓作用下會產生電致伸縮，這一現(xiàn)象在壓電效應強烈時尤為明顯，進而引發(fā)振動。那么，是不是所有的MLCC都會因此產生嘯叫呢?這主要取決于陶瓷介質材料的類型。MLCC的陶瓷介質材料可分為順電介質和鐵電介質兩大類。順電介質，也被稱為I類介質，包括SrZrO3、MgTiO3等。這類介質的電致伸縮形變非常小，即便在工作電壓下，也難以產生噪聲。因此，由順電介質(I類介質)制成的MLCC，例如NPO (COG)等溫度穩(wěn)定性產品，通常不會出現(xiàn)噪聲嘯叫。

而鐵電介質，即II類介質，則以BaTiO3、BaSrTiO3等為代表。這類介質具有顯著的電致伸縮特性，也就是壓電效應。所以，由鐵電介質(II類介質)制成的MLCC，例如X7R/X5R特性產品，在面臨較大的交流電場強度時，就可能產生明顯的噪聲嘯叫。降低MLCC電容器產生的可聽噪聲的方法有多種，但每種方案都會增加一定的成本。最直接的方法是更換電容器類型，例如采用順電陶瓷電容、鉭電容或薄膜電容等無壓電效應的電容器進行替代。然而，這一方案需綜合考慮體積、可靠性和成本等多方面因素。另一種方法是調整電路，消除加在MLCC上的大交變電壓，或將其頻率調整至人耳不敏感的頻段(例如，避開1KHz~3KHz的人耳最敏感音頻范圍)。此外，優(yōu)化PCB布局和規(guī)格也是降低嘯叫水平的重要措施。最后，選用無噪聲或低噪聲的MLCC也是解決嘯叫問題的有效途徑。當前，針對MLCC的嘯叫現(xiàn)象，已有三種設計解決措施可供選擇。

順電介質和鐵電介質是MLCC陶瓷的主要成分。順電介質的電致伸縮形變非常小，以至于在工作電壓下不會產生可聽到的噪聲。然而，鐵電介質具有顯著的電致伸縮特性——壓電效應，在較大的交流電場強度作用下，這類介質的MLCC，例如X7R/X5R特性產品，就會可能產生明顯的噪聲嘯叫。

降低MLCC電容器產生的可聽噪聲，有多種方法可供選擇。首先，通過調整電路，可以消除加在MLCC上的大交變電壓，或將頻率調整至人耳不敏感的頻段(如1KHz~3KHz)。此外，優(yōu)化PCB布局和規(guī)格也有助于降低嘯叫水平。在MLCC設計方面，加厚底部保護層、采用金屬支架結構、以及采用壓電效應弱的介質材料，都是目前解決MLCC嘯叫問題的主要措施。

在那么，如何應對這種嘯叫現(xiàn)象呢?嘯叫的產生不僅與電介質材料和電容器的形狀有關，還受到PCB板尺寸和安裝狀態(tài)等多種因素的影響。因此，需要從電容器自身和布局設計兩個方面來探討解決方案。盡管完全消除嘯叫是非常具有挑戰(zhàn)性的，但我們可以采取措施將其改善至容許范圍內。接下來，我們將介紹四種有效的應對策略。

優(yōu)化材料及電路板設計①通過改進材料來優(yōu)化，研發(fā)出采用具有較低逆壓電效應、即變形較小的電介質材料的MLCC。選用低介電常數(shù)的材料能夠降低失真度。例如，市場上存在如LD(Low Distortion)系列等產品，它們能有效減少嘯叫現(xiàn)象。

②通過電路板設計優(yōu)化：在電路板設計層面，我們同樣可以進行改進。例如，針對同一電源線，可以在PCB板的兩側都安裝上MLCC ，這樣，兩個MLCC的振動方向相反，能夠相互抵消，從而有效緩解振動問題。

結構調整和改進③通過結構調整進行優(yōu)化：LW(長度-寬度)逆轉設計。在MLCC的設計中，我們通常發(fā)現(xiàn)其電極間的長度是大于寬度的。為了減輕PCB板的振動，我們可以考慮縮短電極間的長度，從而減少其變形。具體來說，就是選用寬度大于電極間距離的MLCC類型，這種設計被稱為“RGC”逆轉結構型，能有效緩解振動問題。

④通過結構改進來緩解嘯叫：金屬框架型設計。在應對彎曲應力導致的嘯叫問題時，金屬框架型MLCC展現(xiàn)出了顯著的效果。這種設計通過金屬框架有效吸收MLCC的振動，從而減少了嘯叫現(xiàn)象。試驗數(shù)據也證明了這一點，與標準品相比，金屬框架型MLCC在改善音壓方面取得了顯著成效，最大可提升約30dB。

關于嘯叫的對策，有幾個關鍵要點需要注意。首先，嘯叫問題不僅與MLCC的材料和形狀相關，還受到PCB板設計和安裝方式的影響，因此需要從多方面進行綜合研究。其次，改善嘯叫的效果不僅取決于所選方案，還可能涉及到PCB板布局和元器件的變更。這些變更在實際操作中可能受到多種限制，例如元器件高度限制等，因此需要在權衡各種因素后做出決策。例如，金屬框架型MLCC雖然改善效果顯著，但如果元器件高度有限制，可能無法采用。相反，如果LW逆轉型MLCC的改善效果足夠好且能解決高度問題，那么就需要對布線模式和布局進行相應的調整。下面這個表格總結了這些限制事項與對策之間的關系，供大家參考。

電容器制造商通常會提供綜合性的嘯叫對策，包括上述提及的方法。因此，咨詢制造商以了解適用于特定情況的解決方案是一個明智的選擇。同時，我們也需要考慮嘯叫對疊層陶瓷電容器自身可靠性的潛在影響。如果嘯叫聲并不顯著，是否可以忽視并繼續(xù)使用呢?

事實上，嘯叫通常被認為對MLCC本身的可靠性沒有顯著影響。MLCC的振動幅度非常小，通常在微米至納米級別范圍內。相比之下，利用壓電效應的壓電蜂鳴器和陶瓷振蕩器等設備，其振動幅度高達幾十倍，但這些產品正是利用了這種振動來發(fā)揮功能，并具有高度的可靠性。從這個角度看，MLCC的逆壓電效應對其自身的可靠性并不會產生特別的影響。