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关于面向汽车的提高耐电路板弯曲性的多层陶瓷电容

发布时间:2020-06-30 19:30:19 阅读: 来源:凉垫厂家

前言

本文引用地址:近年来的汽车市场对于高效率、低耗油化以及改善耐环境性能和安全性能越来越重视,同时电子设备的安装率也在提高。另外,与此同时还要保证车内的空间、车体的轻量化,因此安装的电子设备不得不具备小型化的特征,而安装的电路板也必须小型化。

另一方面,直接连接到电源的平滑用途、噪声去除用途的多层陶瓷电容器(MLCC)为了对应故障安全而并列配置2个的case很常见。主要是在电路板安装后的电路板的处理场合,机械应力等会对MLCC产生裂纹,而这种裂纹很可能导致在通电时发生燃烧的最坏后果。为了避免这种后果,对策就是通过并列配置2个MLCC,即使1个MLCC由于机械应力产生了裂纹,电池也不会受到冲击。但是,由于电子设备的小型化需求,削减元件个数也很必要。

如果使用改善后的耐电路板弯曲性MLCC(图1的GCJ系列、KCM/KC3系列)的话,该系列致力于裂纹偏转,能够用1个MLCC将2个并列连接的MLCC替换。本章,将介绍改善后的耐电路板弯曲性的这2个系列。

GCJ系列 KCM/KC3系列

图1:车载用树脂电极多层陶瓷电容器(GCJ系列)和带金属端子多层陶瓷电容器(KCM/KC3系列)

GCJ、KCM/KC3系列改善电路板的裂纹偏转

2端子的MLCC由于受到了过度的机械应力会导致像图2的裂纹。外部电极的折叠电极前端部分受到电路板集中的偏转应力,从这里开始向MLCC发生产生裂纹。为了设计出不让这种电路板的偏转应力对MLCC产生影响的产品,改善后的耐电路板弯曲性的GCJ、KCM/KC3系列应运而生。

GCJ系列和KCM/KC3系列的构造图如图3所示。GCJ系列,其外部电极的基极电极和电镀镍/锡电极中间有一层树脂电极。由于树脂的弹性吸收了电路板的偏转应力,并且,树脂外部电极相对减弱了裂纹对陶瓷造成的破坏力,可以缓和电路板的偏转应力。

KCM/KC3系列,在MLCC上使用了金属端子电极作为接合材料(无铅高温焊接),使构造相对容易接合,将金属端子作为媒介与电路板接合。由于这种端子电极的弹性作用,缓和了来自于电路板的应力,确保了高可靠性。更重要的是,它将2个电容器重叠起来,相对于等容量的电容器2个并列排列的电路来说减少了实装空间。

图2:一般性的MLCC的电路板偏转应力(横截面照片)

GCJ系列构造图

KCM/KC3系列构造图

图3:GCJ、KCM/KC3系列的构造图

针对电路板偏转应力的评价,如图所示是耐电路板弯曲性的实验。

实验电路板:环氧玻璃电路板(FR-4、1.6mm厚度)

偏转速度: 1mm/秒

实验样本个数:10个

图4:耐电路板弯曲性实验的模式图

根据这个评价结果,于一般用2端子的MLCC(GCM系列)的残存率的比较如图5所示。

GCJ、KCM/KC3系列,电路板的偏转量在6mm的时候也看不见对陶瓷部分的破坏,于GCM系列相比耐电路板弯曲性有了飞速的改善。

GCJ系列

KCM/KC3系列

图5:GCJ、KCM/KC3系列的耐电路板弯曲性实验结果

图6:耐电路板弯曲性后的横截面照片

此外,KCM/KC3系列除了电路板的偏转应力,由于热机械应力,有可能达到改善焊接裂缝的产品。图7中表示的是KCM/KC3系列的温度循环后的横截面图片。

GCM系列的话,在1000°温度循环的情况下会发生焊接裂缝,而KCM/KC3系列的话即使在2000°温度循环的时候也看不见焊接裂缝,可见对于热应力可确保高可靠性。

图7:热应力引起的焊料裂缝比较

产品一览

GCJ系列、KCM/KC3系列的125°C对应产品一览如图8所示。

GCJ系列1608-5750尺寸、6.3V-1,000V正在商品化。此外,这里没有表示出的150°C高温环境下使用的产品也在商品化中。

KCM/KC3系列5750尺寸、25-630V正在商品化中,包括一级产品、二级产品。DC-DC变流器的噪声去除、平滑用途等可用于各种广泛的用途。

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