【導(dǎo)讀】近年來(lái)，在使用條件嚴(yán)酷的車載用途中，積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器作為彌補(bǔ)SMD型電容器弱點(diǎn)的產(chǎn)品而重新獲得關(guān)注。為應(yīng)對(duì)這強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求，TDK提供了無(wú)鹵素產(chǎn)品系列作為面向車載電子設(shè)備等要求高可靠性用途的積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器，為噪音對(duì)策、基板彎曲對(duì)策以及DC馬達(dá)的噪聲抑制等發(fā)揮高效作用。
封裝于印刷基板的電子元件中，支持SMT（表面封裝技術(shù)）的SMD型為主流產(chǎn)品。其中，多用于主要被動(dòng)元件的MLCC(積層貼片陶瓷片式電容器)為電子設(shè)備的小型及輕量化做出了巨大貢獻(xiàn)。此外，傳統(tǒng)帶導(dǎo)線型陶瓷電容器也因其優(yōu)點(diǎn)及特長(zhǎng)而被用于各種用途。近年來(lái)，在使用條件嚴(yán)酷的車載用途中，積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器作為彌補(bǔ)SMD型電容器弱點(diǎn)的產(chǎn)品而重新獲得關(guān)注。為應(yīng)對(duì)這強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求，TDK提供了無(wú)鹵素產(chǎn)品系列作為面向車載電子設(shè)備等要求高可靠性用途的積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器，為噪音對(duì)策、基板彎曲對(duì)策以及DC馬達(dá)的噪聲抑制等發(fā)揮高效作用。
① 導(dǎo)線并非"無(wú)用之物"，它能夠發(fā)揮各種功能及優(yōu)點(diǎn)
人們所認(rèn)識(shí)的帶導(dǎo)線電子元件是以前支持封裝技術(shù)的產(chǎn)品。確實(shí)，從小型化及節(jié)省空間方面考慮，導(dǎo)線看似是"無(wú)用之物"。然而，沒(méi)有導(dǎo)線是SMD元件的優(yōu)點(diǎn)所在，同時(shí)也使其產(chǎn)生了弱點(diǎn)。帶導(dǎo)線元件中擁有許多優(yōu)點(diǎn)是SMD元件所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)它還作為解決SMD元件根本性問(wèn)題的有效解決方案而被另眼相看。
② 積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的外觀及結(jié)構(gòu)
積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器是一種徑向引線型陶瓷電容器，其在MLCC的外部電極上通過(guò)焊錫接合2條導(dǎo)線后再涂布樹(shù)脂涂層（圖1）。這樣的電容器不僅擁有MLCC獨(dú)有特性，同時(shí)還融合了導(dǎo)線減輕機(jī)械及熱負(fù)荷的效果，樹(shù)脂涂層帶來(lái)的絕緣性及濕度隔絕效果等優(yōu)點(diǎn)。以下對(duì)積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的具體解決方案示例進(jìn)行介紹。
圖1 ：積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器(FG系列/FA系列)的外觀及結(jié)構(gòu)
③ 噪音對(duì)策
陶瓷電容器中使用的電介陶瓷擁有電致伸縮的性質(zhì)，會(huì)在施加電壓的情況下外形出現(xiàn)微小變形。施加交流電壓會(huì)使電容器元件體發(fā)生伸縮，因此通過(guò)焊錫接合于印刷基板上的MLCC會(huì)使基板發(fā)生振動(dòng)，從而可以聽(tīng)到"嘰—"的聲音。這就是"噪音"。而在積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器中，導(dǎo)線會(huì)減小電容器元件體的伸縮，從而可有效解決MLCC的噪音問(wèn)題。
④ 基板彎曲對(duì)策
與噪音相反，因機(jī)械及熱負(fù)荷等引起的基板彎曲會(huì)導(dǎo)致封裝于基板上的MLCC焊錫接合部發(fā)生開(kāi)裂等問(wèn)題。積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的導(dǎo)線可有效吸收基板彎曲所產(chǎn)生的應(yīng)力，從而避免發(fā)生焊錫開(kāi)裂。
⑤ 取代薄膜電容器
TDK的積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器C0G特性產(chǎn)品屬于低介電常數(shù)類(種類1)，且滿足最為嚴(yán)格的EIA的C0G標(biāo)準(zhǔn)，DC偏置導(dǎo)致的靜電容量變化率極小，且溫度特性也十分平穩(wěn)，因此可取代薄膜電容器。此外，相比薄膜電容器其形狀更小，因此在要求小型、節(jié)省空間以及有高度限制的部位中可發(fā)揮極大的效果。
⑥ 可應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)艙等高溫環(huán)境
車載電子設(shè)備的使用溫度環(huán)境從酷寒到灼熱，變化十分劇烈。尤其安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙以及發(fā)動(dòng)機(jī)附近的ECU（電子控制單元）等要求能夠保證耐受150℃的高溫。TDK的積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的車載等級(jí)FA系列產(chǎn)品符合AEC-Q200，同時(shí)擁有NP0特性以及X8R特性，且備有眾多150℃高溫保證產(chǎn)品。
＊NP0特性(-55～+150℃中的容量溫度系數(shù)為0±30ppm/℃)、X8R特性(-55～+150℃中的容量變化率為±15％)
⑦ 車載DC馬達(dá)的噪聲抑制①-積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的解決方案
電動(dòng)車窗、電動(dòng)后視鏡等，隨著汽車電子化的發(fā)展，如今，在使用小型DC馬達(dá)較多的汽車中，其數(shù)量達(dá)到了100個(gè)以上。該DC馬達(dá)為有刷馬達(dá)，因此在旋轉(zhuǎn)時(shí)，毛刷與整流子的接點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生噪聲。而通過(guò)焊接或鉚接可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、牢靠、緊湊連接的積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器可有效地抑制該噪聲。積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)在于，其可以用在不使用印刷基板的部位中。
⑧ 車載DC馬達(dá)的噪聲抑制②-結(jié)合環(huán)形壓敏電阻器的解決方案
TDK通過(guò)結(jié)合環(huán)形壓敏電阻器與積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器，提供更為有效的車載馬達(dá)用噪聲抑制方案。TDK的優(yōu)勢(shì)在于同時(shí)制造并提供環(huán)形壓敏電阻器與積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器。通過(guò)豐富的產(chǎn)品線來(lái)提供滿足客戶要求的解決方案。
基板噪音對(duì)策中積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的優(yōu)勢(shì)
導(dǎo)致陶瓷電容器噪音的原因在于，作為電容器元件體的電介陶瓷的電致伸縮效應(yīng)。這種情況在使用強(qiáng)電介質(zhì)的高介電率型（種類2）陶瓷電容器中十分突出。
電致伸縮效應(yīng)又被稱為逆壓電效應(yīng)。施加壓力使外形發(fā)生變形，從而產(chǎn)生電壓的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)，而電致伸縮效應(yīng)則與其相反，是通過(guò)施加電壓使外形產(chǎn)生變化的現(xiàn)象。電介陶瓷是由多個(gè)細(xì)微電介質(zhì)結(jié)晶構(gòu)成的多晶體，每個(gè)晶粒在電氣性質(zhì)方面均具有不同的易極化方向。雖然方向各不相同，但為了在施加電壓后統(tǒng)一方向，其外形將會(huì)發(fā)生變形，在施加交流電壓后則會(huì)發(fā)生反復(fù)伸縮（圖2）。為此，通過(guò)焊接接合在基板上的MLCC中，電容器元件體的伸縮會(huì)導(dǎo)致基板發(fā)生振動(dòng)，就如平板揚(yáng)聲器一般，可以持續(xù)聽(tīng)到"嘰—"的聲音（圖2）。
圖2 ：陶瓷電容器噪音的原因以及使用積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的解決方案
由于實(shí)際的噪音強(qiáng)度等級(jí)各不相同，因此有時(shí)在設(shè)計(jì)階段無(wú)法明確，而到制作試制基板時(shí)才會(huì)凸顯出來(lái)，因此，經(jīng)常會(huì)發(fā)生需要在出貨前很短的時(shí)間內(nèi)采取對(duì)策的情況。而積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器中，導(dǎo)線會(huì)吸收并減輕電容器元件體的伸縮，因此在這樣的情況下，用其替換MLCC是十分方便且有效的解決方案。
圖3所示為同樣使用MLCC的SMD元件與帶導(dǎo)線元件之間的噪音強(qiáng)度比較。在帶導(dǎo)線元件中，無(wú)論頻率大小如何，均可將噪音控制在較低等級(jí)。尤其在3kHz、5kHz等人耳可聽(tīng)范圍中的減少情況十分顯著。
圖3：MLCC與積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的噪音強(qiáng)度比較
為拉伸強(qiáng)度較弱的MLCC提供支持
與噪音相反，基板彎曲導(dǎo)致的應(yīng)力會(huì)使SMD元件的焊錫接合部位產(chǎn)生開(kāi)裂等情況（圖4左側(cè)）。尤其是作為MLCC電容器元件體的電介陶瓷，雖然其抗壓縮應(yīng)力能力較強(qiáng)，但抗拉伸應(yīng)力能力則較弱，封裝部位中的基板彎曲應(yīng)力會(huì)使電容器元件體本身發(fā)生開(kāi)裂。電容器元件體的開(kāi)裂在開(kāi)路不良（內(nèi)部電極斷線）時(shí)會(huì)導(dǎo)致性能降低，而在短路不良（內(nèi)部電極導(dǎo)通）時(shí)則會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱、冒煙、起火等情況。此外，還會(huì)存在在發(fā)生初期為開(kāi)路不良，但在使用過(guò)程中逐漸發(fā)展成為短路不良的情況。
在承受振動(dòng)、沖擊等機(jī)械負(fù)荷以及因劇烈溫度變化所導(dǎo)致的熱負(fù)荷的車載電子設(shè)備中，對(duì)于這樣的基板彎曲問(wèn)題的有效解決方案便是將MLCC替換為積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器。由于基板彎曲應(yīng)力會(huì)被導(dǎo)線吸收，因此對(duì)于通過(guò)焊錫接合導(dǎo)線的MLCC的影響會(huì)得到減輕（圖4右）。同時(shí)，在頻繁發(fā)生無(wú)鑰匙啟動(dòng)、智能啟動(dòng)等掉落導(dǎo)致的沖擊的設(shè)備中，積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器也可保持高可靠性。
圖4 ：SMD元件與帶導(dǎo)線元件的基板彎曲應(yīng)力的施加方式
通過(guò)大幅節(jié)省空間實(shí)現(xiàn)優(yōu)異特性
TDK的積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器C0G特性產(chǎn)品用于溫度補(bǔ)償，其可滿足最為嚴(yán)格的EIA的C0G特性（在-55～125℃的溫度范圍中，容量溫度系數(shù)0±30ppm/℃)，同時(shí)還擁有以下特點(diǎn)。
《積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器C0G特性產(chǎn)品的特點(diǎn)》
● 在保持C0G特性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高靜電容量
● 相比薄膜電容器擁有更佳的耐濕性
● 擁有薄膜電容器同等以上的溫度特性
● 無(wú)DC偏置特性的電壓依賴性
● 無(wú)極性
通過(guò)這些特點(diǎn)，不僅是車載用途，其在開(kāi)關(guān)電源的旁路電容與平滑電容器、緩沖電路、PFC輸入濾波器等對(duì)小型及節(jié)省空間擁有更高要求的部位，以及擁有高度限制的部位中，也能發(fā)揮極為出色的效果（圖5）。
圖5：取代薄膜電容器的優(yōu)點(diǎn)
無(wú)需使用印刷基板便可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、切實(shí)緊湊搭載
雨刷器、電動(dòng)車窗、電動(dòng)后視鏡等，為提高便利性與安全性，近年來(lái)，在使用小型DC馬達(dá)較多的汽車中，其數(shù)量達(dá)到了100個(gè)以上(圖6)。其中絕大多數(shù)為有刷DC馬達(dá)，在工作中，從毛刷及整流子的接點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生寬頻帶噪聲。整流子會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)切換電流方向，但在電流瞬間變?yōu)镺FF時(shí)，其會(huì)因自感應(yīng)作用使繞組中產(chǎn)生較大的逆電動(dòng)勢(shì)，從而導(dǎo)致浪涌及噪聲產(chǎn)生。因此，若不采取對(duì)策，則每當(dāng)在雨刷器工作等情況下，收音機(jī)中便會(huì)產(chǎn)生雜音，從而會(huì)對(duì)車載電子設(shè)備造成不良影響。
電容器及電感器則用于抑制這樣的DC馬達(dá)噪聲，然而，為了封裝SMD元件而使用印刷基板時(shí)，則會(huì)發(fā)生空間不足、成本過(guò)高，以及配線導(dǎo)致噪聲除去效果降低等各種問(wèn)題。而使用帶導(dǎo)線元件則可通過(guò)焊接或鉚接方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、切實(shí)、緊湊搭載，從而可能解決空間及成本問(wèn)題。而適用于不使用印刷基板的部位是帶導(dǎo)線元件的獨(dú)有優(yōu)勢(shì)。
此外，由于多數(shù)動(dòng)力總成系統(tǒng)、行駛及控制系統(tǒng)等馬達(dá)單元位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，因此支持150℃的電子元件的需求不斷增加。TDK不僅擁有支持150℃的積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器，同時(shí)還備有眾多支持150℃的車載等級(jí)產(chǎn)品。
圖6 ：用于汽車的小型DC馬達(dá)的用途
圖7所示為在小型DC馬達(dá)中搭載積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器的示例。通過(guò)在狹小的刷握中緊湊地焊接2個(gè)積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器進(jìn)行連接。在嚴(yán)酷條件下使用的車載DC馬達(dá)對(duì)于耐候性、耐濕性、耐振及耐沖擊性等擁有很高的可靠性要求，而樹(shù)脂涂層的積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器解決方案可滿足這些要求，而且簡(jiǎn)單無(wú)浪費(fèi)。
圖7：車載DC馬達(dá)噪聲抑制用電容器
通過(guò)了十分苛刻的噪聲限制CISPR25 Class5
通過(guò)結(jié)合使用積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器，便可實(shí)現(xiàn)更大的有刷DC馬達(dá)噪聲抑制效果。壓敏電阻器是使用了特殊半導(dǎo)體陶瓷的電路保護(hù)器件，搭載該器件是為了使電子設(shè)備免受ESD(靜電放電)或雷擊浪涌等的影響。環(huán)形壓敏電阻器是在圓板狀的壓敏電阻器元件體表面安裝了帶間隙電極的器件，并安裝于DC馬達(dá)的整流子部位中。隨著整流子的旋轉(zhuǎn)，每當(dāng)與毛刷的接點(diǎn)開(kāi)放時(shí)，通過(guò)繞組的自感應(yīng)作用會(huì)產(chǎn)生較大的浪涌電壓，而環(huán)形壓敏電阻器可吸收該浪涌(圖8)。
圖8 ：DC馬達(dá)用環(huán)形壓敏電阻器的結(jié)構(gòu)與原理
TDK以VAR-18系列的形式提供有用于小型DC馬達(dá)的各類環(huán)形壓敏電阻器。通過(guò)結(jié)合該環(huán)形壓敏電阻器以及積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器等進(jìn)行噪聲抑制，可使其滿足極其嚴(yán)格的汽車國(guó)際EMC標(biāo)準(zhǔn)CISPR25 Class5(圖9)。
圖9 ：結(jié)合了積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器的馬達(dá)用解決方案
圖10所示為將積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器用于車載DC馬達(dá)中的示例。環(huán)形壓敏電阻器主要用于小型馬達(dá)，積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器則用于較大尺寸的馬達(dá)中，而其分界線大約為30～40mm的馬達(dá)直徑。預(yù)計(jì)汽車噪聲限制將在今后變得更為嚴(yán)格，因此結(jié)合了積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器的馬達(dá)噪聲解決方案將有很大的發(fā)展空間。TDK同時(shí)制造環(huán)形壓敏電阻器與積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器，這是TDK作為電子元件及設(shè)備生產(chǎn)商的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)豐富的產(chǎn)品線快速提供滿足客戶要求的最佳解決方案。
圖10：將積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器用于車載馬達(dá)中的示例
環(huán)形壓敏電阻器主要用于小型馬達(dá)，積層型帶導(dǎo)線電容器則用于較大的馬達(dá)中，而其分界線大約為30～40㎜的馬達(dá)直徑。同時(shí)使用便可獲得非常優(yōu)異的噪聲抑制效果。
積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器在MLCC（積層貼片陶瓷片式電容器）上通過(guò)焊錫接合導(dǎo)線后在MLCC部位涂布樹(shù)脂涂層。由于MLCC上覆蓋有樹(shù)脂層，因此絕緣性及濕度隔絕效果優(yōu)異，同時(shí)帶導(dǎo)線結(jié)構(gòu)發(fā)揮了減輕機(jī)械及熱負(fù)荷的效果，因此十分適合用于噪音對(duì)策及基板彎曲對(duì)策等解決方案。同時(shí)，由于無(wú)需印刷基板，且可通過(guò)焊接或鉚接進(jìn)行安裝，因此通過(guò)內(nèi)置于車載用小型DC馬達(dá)的刷握中便可實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間及低成本的噪聲抑制，若與環(huán)形壓敏電阻器同時(shí)使用，便可進(jìn)一步提高效果。此外，DC偏壓特性及溫度特性優(yōu)異的C0G特性產(chǎn)品通過(guò)大幅節(jié)省空間，實(shí)現(xiàn)了取代薄膜電容器。通過(guò)積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)及特長(zhǎng)，相信可以在客戶的產(chǎn)品中大顯身手。
積層帶導(dǎo)線陶瓷電容器FG系列/FA系列產(chǎn)品線
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