軟端子陶瓷電容 耐高溫車震不壞的積層陶瓷電容
汽車電子的極其嚴(yán)苛的條件對(duì)使用的多種積層陶瓷電容（MLCC）的焊接點(diǎn)要求尤其高，F(xiàn)在TDK可提供具先進(jìn)的軟端子的積層陶瓷電容。
現(xiàn)在的汽車通常配套一千多個(gè)積層陶瓷電容。雖然這種電容以長(zhǎng)壽命和高可靠性聞名，但是汽車電子設(shè)備必須暴露的工作環(huán)境特點(diǎn)是溫度范圍廣，從?40 至 125 °C (某些適用甚至達(dá)至 150 °C)，沖擊和震動(dòng)，加上一些其它的不利因素進(jìn)而影響焊接點(diǎn)。此外，比傳統(tǒng)焊料更缺少?gòu)椥缘臒o鉛焊料的使用越來越廣泛，造成焊接點(diǎn)變得更硬更脆。因此，熱震蕩或機(jī)械影響造成PCB扭曲或彎曲時(shí)，焊接處會(huì)產(chǎn)生裂縫。克服以上問題是我們主要的目標(biāo)，從而可以增強(qiáng)焊接點(diǎn)的可靠性。舉個(gè)例子，可以通過提高無鉛焊料的物理性能或通過減小零件尺寸來改善焊接可靠性，但是這些措施并不是根本的解決方案。
因此，TDK-EPC開發(fā)了具有軟彈性端子的積層陶瓷電容，采用了吸收和減少電路板的撓曲應(yīng)力的設(shè)計(jì)（圖表一）。在銅質(zhì)平板和端電極鎳鍍間使用導(dǎo)電樹脂電極層，作用是吸收和減弱因高溫和震蕩等因素而導(dǎo)致的電路板的撓曲應(yīng)力，由此抑制焊接裂縫的形成。導(dǎo)電樹脂本身由環(huán)氧樹脂或其它合成樹脂與導(dǎo)電顆粒填料（如銀）混合而成。
圖表一：導(dǎo)電樹脂終端類型產(chǎn)品
軟導(dǎo)電端子用于銅質(zhì)電極和鍍鎳屏障之間，吸收機(jī)械震蕩和熱伸長(zhǎng)。
對(duì)熱沖擊和電路板撓曲的高承受力
日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）指定各種測(cè)試方法來測(cè)試焊接到PCB上的積層陶瓷電容，以確定其特性，如耐熱性和抗機(jī)械影響。汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)艙的電子控制單元內(nèi)產(chǎn)生的振動(dòng)、沖擊和彎曲會(huì)影響PCB。另外，熱沖擊和溫度循環(huán)導(dǎo)致的熱脹冷縮也會(huì)增加產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。圖表二中顯示了?55 to +125 °C的溫度循環(huán)的熱沖擊測(cè)試結(jié)果（3000次循環(huán)）。傳統(tǒng)積層陶瓷電容的粘結(jié)強(qiáng)度下降了90%，然而導(dǎo)電樹脂端子的積層陶瓷電容粘結(jié)強(qiáng)度僅下降了50%。傳統(tǒng)積層陶瓷電容產(chǎn)生了焊接裂縫，相比之下，軟導(dǎo)電樹脂端子的積層陶瓷電容僅在鎳鍍和導(dǎo)電樹脂層出現(xiàn)部分分離。
圖表二：熱沖擊（溫度循環(huán)）測(cè)試
溫度循環(huán)：?55 to +125 °C
無鉛焊料：96.5 Sn / 3.0 Ag / 0.5 Cu
熱沖擊后采用相關(guān)的壓力測(cè)試焊接強(qiáng)度的對(duì)比（溫度循環(huán)）。右邊的照片顯示TDK 新導(dǎo)電樹脂積層陶瓷電容超過傳統(tǒng)積層陶瓷電容的卓越性能。
電路板彎曲試驗(yàn)顯示了相似的結(jié)果（圖表三）。傳統(tǒng)的積層陶瓷電容因4mm的撓曲在陶瓷元件上出現(xiàn)了裂縫，然而軟端子的積層陶瓷電容輕松地承受了兩倍以上的撓曲。另外，施加過度張力時(shí)，傳統(tǒng)積層陶瓷電容的陶瓷元件出現(xiàn)裂縫，但是導(dǎo)電樹脂端子的積層陶瓷電容僅出現(xiàn)導(dǎo)電樹脂層的鎳鍍分離，仍無裂縫。
圖表三：PCB彎曲應(yīng)力測(cè)試
TDK的軟端子積層陶瓷電容可承受8mm撓曲，兩倍于傳統(tǒng)的積層陶瓷電容。
防止積層陶瓷電容出現(xiàn)裂縫
電容元件自身出現(xiàn)裂縫時(shí)問題就比焊接裂縫更嚴(yán)重。裂縫摧毀內(nèi)部電極時(shí)，可能會(huì)發(fā)生介質(zhì)擊穿。電容元件裂縫一般有一定的模式。終端電極通過焊料緊密聯(lián)結(jié)后，撓曲應(yīng)力就集中到端子電極的焊接部件，于是從電極尖端開始產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而沿著陶瓷元件繼續(xù)向前擴(kuò)展。
安裝元器件后不正確地處置PCB通常會(huì)造成電容元件出現(xiàn)裂縫。為了在生產(chǎn)期間能達(dá)到更高的效率，元器件全都一次性地安裝在裝備線的一個(gè)長(zhǎng)的連續(xù)的電路板上，之后再分切為單板。如果以人工分切電路板，而非采用機(jī)械切割或使用特定工具折斷，撓曲應(yīng)力可能造成電容元件出現(xiàn)裂縫。
通過開發(fā)在端電極內(nèi)采用導(dǎo)電樹脂層的積層陶瓷電容，TDK-EPC已成功地解決了使用無鉛焊料造成的焊接可靠性的問題。同時(shí)，該技術(shù)也有助于高容量的大電容的生產(chǎn)，從而增加了設(shè)計(jì)工程師的可選擇范圍。因此，軟端積層陶瓷電容適用范圍不僅是汽車電子設(shè)備，還可適用于安裝在戶外嚴(yán)苛環(huán)境條件下的電子設(shè)備。
無鉛焊料導(dǎo)致的問題
錫鉛合金的傳統(tǒng)焊料溶點(diǎn)低，價(jià)格便宜，易于操作，但是污染環(huán)境，對(duì)人體有害。因此，由錫、銀、和銅組成的不同類型的無鉛焊料現(xiàn)在替代了傳統(tǒng)焊料。然而，目前可用的無鉛焊料比傳統(tǒng)的含鉛焊料擁有更高的彈性模量（材料剛性的度量），導(dǎo)致更堅(jiān)硬易脆，從而更易受熱脹冷縮的影響。因此，變形翹曲和彎曲產(chǎn)生的撓曲應(yīng)力對(duì)安裝在PCB上的片式元器件產(chǎn)生影響時(shí)，焊接點(diǎn)可以會(huì)出現(xiàn)問題，繼而可能出現(xiàn)裂縫。
無鉛焊料的另一個(gè)缺點(diǎn)就是形成微觀腔（Kirkendall空洞），進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)合力的減少。當(dāng)兩種不同類型的金屬經(jīng)加熱緊密結(jié)合后，原子出現(xiàn)擴(kuò)散，這就是著名的Kirkendall效應(yīng)。不同的原子類型產(chǎn)生不同的擴(kuò)散速度，重復(fù)的熱循環(huán)會(huì)導(dǎo)致空洞形成，并且最終形成焊接裂縫。車輛運(yùn)行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)艙的溫度通常達(dá)到100 °C以上，從而導(dǎo)致布滿元件的電路板出現(xiàn)熱脹冷縮，產(chǎn)生撓曲應(yīng)力，從而在焊接點(diǎn)處產(chǎn)生裂縫和空洞，降低了焊接的可靠性。
產(chǎn)品系列： 軟端子的TDK積層陶瓷電容的規(guī)格型號(hào)
軟端子可用于：
– 所有2個(gè)端子的積層陶瓷電容，其額定電壓為6.3至630V DC；
– 所有陣列電容（雙元件型）；
– 耐150 °C的溫度（X8R）
導(dǎo)電樹脂端子電極也可用在其它帶有C0G溫度特征的中壓積層陶瓷電容內(nèi)。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2023-05-27
