藝術皮尼

　　雖然車輛中的電子產品數量正在迅速增加，但行業的焦點往往集中在傳感器、發動機控制單元 (ECU)、導航、車內連接、音頻和高級駕駛員輔助系統 (ADAS) 上。隨著電動汽車 (EV) 成為主流，能夠承受 800 伏以上電壓同時滿足嚴格環境要求的高電壓、高可靠性電子元件變得至關重要。這種需求適用于電容器級別。

　　除了符合 AEC-Q200 等抗應力標準外，汽車設計師在選擇電容器時還必須根據具體應用考慮許多物理和電氣特性。反饋回路需要具有嚴格公差和穩定溫度系數的電容器。在高頻應用中，等效串聯電感 (ESL) 必須很低。在電源應用中，如果預計會出現高紋波電流，則需要具有低等效串聯電阻 (ESR) 的組件。對于電動汽車，最小化尺寸和重量也很重要。

　　為了滿足這些要求，現已推出符合多項國際安全規范和認證(包括 AEC-Q200)的經過安全認證的表面貼裝多層陶瓷電容器 (MLCC)。

　　本文介紹了 MLCC電容器的結構以及 EV 對 MLCC 的要求。然后，它展示了固有尺寸和體積效率以及 FlexiCap 端接和高耐壓等特性如何幫助 MLCC 滿足物理和電氣要求。提供了Knowles Syfer的真實示例。

　　MLCC的結構

　　MLCC 是表面貼裝電容器，由幾個垂直堆疊并通過終端并聯連接的獨立電容器元件組成。因此，術語多層(圖 1)。

　　圖 1：MLCC 結構的橫截面圖顯示了堆疊在一個公共封裝中的多個電容器層。 (圖片來源：Knowles Syfer)

　　為構建 MLCC，使用交替極性電極交替的篩選過程構建陶瓷電介質層。這允許創建非常大量的層。這些多電極正 (+) 和負 (-) 對的并聯連接允許在相對較小的封裝中制造大電容值。

　　電極是金屬的并且具有高導電性。制造過程要求電極不發生化學反應并具有高熔點。為此，Knowles Syfer MLCC 電容器使用銀和鈀的組合作為電極。

　　電介質還必須是良好的絕緣體。相對介電常數 - 或介電常數 (e r ) - 決定了給定組件幾何形狀可達到的電容。例如，Knowles Syfer增強安全認證的表面貼裝 MLCC 帶有兩類陶瓷電介質。第一個是 C0G/NP0，一種 EIA 1 類電介質，相對于er為 0 的真空的介電常數，其介電常數介于 20 和 100 之間。第二個是 X7R，一種 EIA 2 類電介質，具有e r在 2000 和 3000 之間。作為比較，e r云母為 5.4，塑料薄膜為 3。因此，對于給定的電容值，陶瓷電容器將更小。電介質的選擇會影響電容器在溫度、施加電壓和時間方面的穩定性。一般來說，er 越高，電容值越不穩定。

　　EIA 將 2 類電介質分類為字母數字分類。第一個字母表示最低溫度，數字表示最高溫度，最后一個字母表示電容容差。 X7R 電介質解碼為最低溫度為 -55°C，最高溫度為 +125°C，電容容差為 ±15%。像 C0G 這樣的 1 類電介質具有類似的編碼。第一個字符是一個字母，給出了電容隨溫度變化的有效數字，單位為百萬分之一攝氏度 (ppm/°C)。對于 C0G 電介質，C 表示溫度穩定性的零 ppm/°C 有效數字。第二個數字是溫度穩定性的乘數。 0 表示 10 -1的乘數.最后一個字母 G 定義了 ±30 ppm 的電容誤差。

　　1 類電介質提供更高的精度和穩定性。它們還表現出較低的損失。 2 類電介質不太穩定，但體積效率更高，因此每單位體積的電容更大。因此，較高值的 MLCC 電容器通常使用 2 類電介質。 Knowles Syfer 增強型安全認證 MLCC 具有 4.7 皮法 (pF) 至 56 納法 (nF) 的高電容范圍，具體取決于電介質的選擇，以及高達 305 伏交流電 (VAC) 的額定電壓。

　　MLCC 的電容與電極的重疊面積以及陶瓷電介質的er成正比。電容與電介質厚度成反比，而額定電壓與其成正比。因此，在電容、額定電壓和電容器的物理尺寸之間存在權衡。

　　EV用MLCC

　　MLCC 具有相對較低的 ESL 和 ESR，使其更適合高頻應用，并且由于電介質的選擇范圍廣泛，可以根據應用優化電容值和公差范圍。它們是表面貼裝組件，具有非常高效的封裝，有助于解決電動汽車中的空間限制問題。與鋁電解電容器和鉭電容器相比，它們還具有很高的抗電壓瞬變能力。

　　雖然 MLCC 被廣泛使用，但如果由于振動或沖擊而受到機械應力，它們可能會破裂。裂縫會使設備因水分污染而退化。 Knowles Syfer 的設計人員通過創建 FlexiCap 端接來解決這個問題，該端接可以提高對組件彎曲的容忍度(圖 2)。

　　圖 2：FlexiCap 設計在通常的端蓋屏障下方使用專有的柔性環氧聚合物端接底座，以提供更大的抵抗力，防止因電路板彎曲而造成損壞。 (圖片來源：Knowles Syfer)

　　FlexiCap 中使用的柔性終端基座應用在電極上。這種材料是一種載銀環氧聚合物，使用傳統的端接技術應用，然后進行熱固化。它很靈活，可以吸收電路板和安裝的 MLCC 之間的一些機械應力。

　　因此，與燒結端接組件相比，采用 FlexiCap 端接的組件能夠承受更大程度的機械應變。 FlexiCap 還提供增強的保護，防止機械開裂和發生快速溫度變化的應用。對于電動汽車的設計者來說，其結果是在處理過程中的電路板時具有更大程度的彎曲公差，轉化為更高的產量和更少的現場故障。

　　Knowles Syfer 安全認證電容器對電動汽車也很重要，可通過 AEC-Q200 認證。如果部件通過了一系列嚴格的溫度、熱沖擊、防潮、尺寸公差、耐溶劑、機械沖擊、振動、靜電放電、可焊性和電路板彎曲應力測試，則該部件被視為“符合 AEC-Q200 標準” ，等等。

　　在電氣方面，經過安全認證的線路具有 4 千伏直流電 (kV DC ) 和 3 kV RMS的高介電耐壓 (DWV) 。這些是需要寬測試和安全余量的 EV 800 伏充電系統的關鍵特性。

　　EV用MLCC示例

　　來自 Knowles Syfer 增強型安全認證系列的各種電容器值均具有 Flexicap 端接和 AEC-Q200 認證，使其特別適合 EV 應用。例如，1808JA250101JKTSYX是一個 100 pF C0G/NP0 電容器，Y2 類(線對地)應用的額定電壓為 250 伏交流電，X1 類(線對線)應用的額定電壓為 305 伏交流電，容差為 ± 5%。它采用 1808 封裝，尺寸為 0.195 x 0.079 英寸，或 4.95 x 2.00 毫米 (mm)(圖 3)。

　　圖 3：所示為 1808JA250101JKTSYX MLCC 的物理尺寸(左)及其推薦的焊盤布局(右)。 (圖片來源：Knowles Syfer)

　　典型的 X7R 電容器是 Knowles Syfer 1812Y2K00103KST，這是一種 10000 pF ±10% 2 kV 設備，采用 1812 封裝，尺寸為 4.5 x 3.2 x 2.5 mm。 1808JA250101JKTSYX 和 1812Y2K00103KST 電容器類型的額定溫度范圍均為 -55°C 至 +125°C。該產品系列提供 1808、1812、2211、2215 和 2220 外殼尺寸，具體取決于使用的電介質、電容值和額定電壓。

　　其他示例包括 Knowles Syfer 1808JA250101JKTS2X，這是一個 100 pF、250 伏交流(X2 類)、1 kV 直流、C0G/NP0 電容器，容差為 ±5%。 2220YA250102KXTB16是一個 1000 pF ±10 % 250 伏 X7R 電容器。

　　請注意，安裝和焊接 FlexiCap 端接電容器的制造要求與具有標準燒結端接的 MLCC 的制造要求相同，因此它們不需要特殊處理。此外，再次參考圖 3，可以使用符合 IPC-7351、表面貼裝設計和焊盤圖案標準的通用要求的焊盤布局來安裝 Knowles 片式電容器。除此之外，其他因素已被證明可以減少機械應力，例如將焊盤寬度減小到小于芯片寬度。

　　結論

　　Knowles Syfer Flexicap 符合 AEC-Q200 標準的 MLCC 非常適合 EV 應用，尤其是 800 伏電池系統，在這種情況下，增加測試電壓和安全裕度以處理浪涌和瞬態條件是必不可少的。 FlexiCap 終端使電容器能夠承受更高水平的機械應力。因此，它們符合 AEC-Q200 標準，為設計人員提供了功能、穩定性和安全認證的獨特組合。