封裝于印刷基板的電子元件中，支持SMT（表面封裝技術）的SMD型為主流產(chǎn)品。其中，多用于主要被動元件的MLCC(積層貼片陶瓷片式電容器)為電子設備的小型及輕量化做出了巨大貢獻。此外，傳統(tǒng)帶導線型陶瓷電容器也因其優(yōu)點及特長而被用于各種用途。近年來，在使用條件嚴酷的車載用途中，積層帶導線陶瓷電容器作為彌補SMD型電容器弱點的產(chǎn)品而重新獲得關注。為應對這強勁的市場需求，TDK提供了無鹵素產(chǎn)品系列作為面向車載電子設備等要求高可靠性用途的積層帶導線陶瓷電容器，為噪音對策、基板彎曲對策以及DC馬達的噪聲抑制等發(fā)揮高效作用。

 

 

① 導線并非"無用之物"，它能夠發(fā)揮各種功能及優(yōu)點

 

人們所認識的帶導線電子元件是以前支持封裝技術的產(chǎn)品。確實，從小型化及節(jié)省空間方面考慮，導線看似是"無用之物"。然而，沒有導線是SMD元件的優(yōu)點所在，同時也使其產(chǎn)生了弱點。帶導線元件中擁有許多優(yōu)點是SMD元件所無法實現(xiàn)的，同時它還作為解決SMD元件根本性問題的有效解決方案而被另眼相看。 

 

② 積層帶導線陶瓷電容器的外觀及結構

 

積層帶導線陶瓷電容器是一種徑向引線型陶瓷電容器，其在MLCC的外部電極上通過焊錫接合2條導線后再涂布樹脂涂層（圖1）。這樣的電容器不僅擁有MLCC獨有特性，同時還融合了導線減輕機械及熱負荷的效果，樹脂涂層帶來的絕緣性及濕度隔絕效果等優(yōu)點。以下對積層帶導線陶瓷電容器的具體解決方案示例進行介紹。

 

圖1 ：積層帶導線陶瓷電容器(FG系列/FA系列)的外觀及結構

 

③ 噪音對策

 

陶瓷電容器中使用的電介陶瓷擁有電致伸縮的性質，會在施加電壓的情況下外形出現(xiàn)微小變形。施加交流電壓會使電容器元件體發(fā)生伸縮，因此通過焊錫接合于印刷基板上的MLCC會使基板發(fā)生振動，從而可以聽到"嘰—"的聲音。這就是"噪音"。而在積層帶導線陶瓷電容器中，導線會減小電容器元件體的伸縮，從而可有效解決MLCC的噪音問題。 

 

④ 基板彎曲對策

 

與噪音相反，因機械及熱負荷等引起的基板彎曲會導致封裝于基板上的MLCC焊錫接合部發(fā)生開裂等問題。積層帶導線陶瓷電容器的導線可有效吸收基板彎曲所產(chǎn)生的應力，從而避免發(fā)生焊錫開裂。

 

 ⑤ 取代薄膜電容器

 

TDK的積層帶導線陶瓷電容器C0G特性產(chǎn)品屬于低介電常數(shù)類(種類1)，且滿足最為嚴格的EIA的C0G標準，DC偏置導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 可應對發(fā)動機艙等高溫環(huán)境

 

車載電子設備的使用溫度環(huán)境從酷寒到灼熱，變化十分劇烈。尤其安裝在發(fā)動機艙以及發(fā)動機附近的ECU（電子控制單元）等要求能夠保證耐受150℃的高溫。TDK的積層帶導線陶瓷電容器的車載等級FA系列產(chǎn)品符合AEC-Q200，同時擁有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馬達的噪聲抑制①-積層帶導線陶瓷電容器的解決方案

 

電動車窗、電動后視鏡等，隨著汽車電子化的發(fā)展，如今，在使用小型DC馬達較多的汽車中，其數(shù)量達到了100個以上。該DC馬達為有刷馬達，因此在旋轉時，毛刷與整流子的接點處會產(chǎn)生噪聲。而通過焊接或鉚接可實現(xiàn)簡單、牢靠、緊湊連接的積層帶導線陶瓷電容器可有效地抑制該噪聲。積層帶導線陶瓷電容器的獨特優(yōu)點在于，其可以用在不使用印刷基板的部位中。

 

⑧ 車載DC馬達的噪聲抑制②-結合環(huán)形壓敏電阻器的解決方案

 

TDK通過結合環(huán)形壓敏電阻器與積層帶導線陶瓷電容器，提供更為有效的車載馬達用噪聲抑制方案。TDK的優(yōu)勢在于同時制造并提供環(huán)形壓敏電阻器與積層帶導線陶瓷電容器。通過豐富的產(chǎn)品線來提供滿足客戶要求的解決方案。

 

 

基板噪音對策中積層帶導線陶瓷電容器的優(yōu)勢

 

導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。這種情況在使用強電介質的高介電率型（種類2）陶瓷電容器中十分突出。

 

電致伸縮效應又被稱為逆壓電效應。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，而電致伸縮效應則與其相反，是通過施加電壓使外形產(chǎn)生變化的現(xiàn)象。電介陶瓷是由多個細微電介質結晶構成的多晶體，每個晶粒在電氣性質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，其外形將會發(fā)生變形，在施加交流電壓后則會發(fā)生反復伸縮（圖2）。為此，通過焊接接合在基板上的MLCC中，電容器元件體的伸縮會導致基板發(fā)生振動，就如平板揚聲器一般，可以持續(xù)聽到"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線陶瓷電容器的解決方案

 

由于實際的噪音強度等級各不相同，因此有時在設計階段無法明確，而到制作試制基板時才會凸顯出來，因此，經(jīng)常會發(fā)生需要在出貨前很短的時間內(nèi)采取對策的情況。而積層帶導線陶瓷電容器中，導線會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元件與帶導線元件之間的噪音強度比較。在帶導線元件中，無論頻率大小如何，均可將噪音控制在較低等級。尤其在3kHz、5kHz等人耳可聽范圍中的減少情況十分顯著。

 

圖3：MLCC與積層帶導線陶瓷電容器的噪音強度比較

 

 

為拉伸強度較弱的MLCC提供支持

 

與噪音相反，基板彎曲導致的應力會使SMD元件的焊錫接合部位產(chǎn)生開裂等情況（圖4左側）。尤其是作為MLCC電容器元件體的電介陶瓷，雖然其抗壓縮應力能力較強，但抗拉伸應力能力則較弱，封裝部位中的基板彎曲應力會使電容器元件體本身發(fā)生開裂。電容器元件體的開裂在開路不良（內(nèi)部電極斷線）時會導致性能降低，而在短路不良（內(nèi)部電極導通）時則會導致發(fā)熱、冒煙、起火等情況。此外，還會存在在發(fā)生初期為開路不良，但在使用過程中逐漸發(fā)展成為短路不良的情況。

 

在承受振動、沖擊等機械負荷以及因劇烈溫度變化所導致的熱負荷的車載電子設備中，對于這樣的基板彎曲問題的有效解決方案便是將MLCC替換為積層帶導線陶瓷電容器。由于基板彎曲應力會被導線吸收，因此對于通過焊錫接合導線的MLCC的影響會得到減輕（圖4右）。同時，在頻繁發(fā)生無鑰匙啟動、智能啟動等掉落導致的沖擊的設備中，積層帶導線陶瓷電容器也可保持高可靠性。

 

圖4 ：SMD元件與帶導線元件的基板彎曲應力的施加方式 

 

 

通過大幅節(jié)省空間實現(xiàn)優(yōu)異特性

 

TDK的積層帶導線陶瓷電容器C0G特性產(chǎn)品用于溫度補償，其可滿足最為嚴格的EIA的C0G特性（在-55～125℃的溫度范圍中，容量溫度系數(shù)0±30ppm/℃)，同時還擁有以下特點。

 

《積層帶導線陶瓷電容器C0G特性產(chǎn)品的特點》

 

● 在保持C0G特性的同時實現(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DC偏置特性的電壓依賴性

● 無極性

 

通過這些特點，不僅是車載用途，其在開關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 

 

 

無需使用印刷基板便可實現(xiàn)簡單、切實緊湊搭載

 

雨刷器、電動車窗、電動后視鏡等，為提高便利性與安全性，近年來，在使用小型DC馬達較多的汽車中，其數(shù)量達到了100個以上(圖6)。其中絕大多數(shù)為有刷DC馬達，在工作中，從毛刷及整流子的接點處會產(chǎn)生寬頻帶噪聲。整流子會根據(jù)轉子的旋轉切換電流方向，但在電流瞬間變?yōu)镺FF時，其會因自感應作用使繞組中產(chǎn)生較大的逆電動勢，從而導致浪涌及噪聲產(chǎn)生。因此，若不采取對策，則每當在雨刷器工作等情況下，收音機中便會產(chǎn)生雜音，從而會對車載電子設備造成不良影響。

 

電容器及電感器則用于抑制這樣的DC馬達噪聲，然而，為了封裝SMD元件而使用印刷基板時，則會發(fā)生空間不足、成本過高，以及配線導致噪聲除去效果降低等各種問題。而使用帶導線元件則可通過焊接或鉚接方式實現(xiàn)簡單、切實、緊湊搭載，從而可能解決空間及成本問題。而適用于不使用印刷基板的部位是帶導線元件的獨有優(yōu)勢。

此外，由于多數(shù)動力總成系統(tǒng)、行駛及控制系統(tǒng)等馬達單元位于發(fā)動機艙內(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℃的積層帶導線陶瓷電容器，同時還備有眾多支持150℃的車載等級產(chǎn)品。

 

圖6 ：用于汽車的小型DC馬達的用途

 

圖7所示為在小型DC馬達中搭載積層帶導線陶瓷電容器的示例。通過在狹小的刷握中緊湊地焊接2個積層帶導線陶瓷電容器進行連接。在嚴酷條件下使用的車載DC馬達對于耐候性、耐濕性、耐振及耐沖擊性等擁有很高的可靠性要求，而樹脂涂層的積層帶導線陶瓷電容器解決方案可滿足這些要求，而且簡單無浪費。

 

圖7：車載DC馬達噪聲抑制用電容器

 

 

通過了十分苛刻的噪聲限制CISPR25 Class5

 

通過結合使用積層帶導線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器，便可實現(xiàn)更大的有刷DC馬達噪聲抑制效果。壓敏電阻器是使用了特殊半導體陶瓷的電路保護器件，搭載該器件是為了使電子設備免受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馬達的整流子部位中。隨著整流子的旋轉，每當與毛刷的接點開放時，通過繞組的自感應作用會產(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馬達用環(huán)形壓敏電阻器的結構與原理

 

TDK以VAR-18系列的形式提供有用于小型DC馬達的各類環(huán)形壓敏電阻器。通過結合該環(huán)形壓敏電阻器以及積層帶導線陶瓷電容器等進行噪聲抑制，可使其滿足極其嚴格的汽車國際EMC標準CISPR25 Class5(圖9)。

 

圖9 ：結合了積層帶導線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器的馬達用解決方案

 

圖10所示為將積層帶導線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器用于車載DC馬達中的示例。環(huán)形壓敏電阻器主要用于小型馬達，積層帶導線陶瓷電容器則用于較大尺寸的馬達中，而其分界線大約為30～40mm的馬達直徑。預計汽車噪聲限制將在今后變得更為嚴格，因此結合了積層帶導線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器的馬達噪聲解決方案將有很大的發(fā)展空間。TDK同時制造環(huán)形壓敏電阻器與積層帶導線陶瓷電容器，這是TDK作為電子元件及設備生產(chǎn)商的優(yōu)勢。通過豐富的產(chǎn)品線快速提供滿足客戶要求的最佳解決方案。

 

圖10：將積層帶導線陶瓷電容器與環(huán)形壓敏電阻器用于車載馬達中的示例

 

 

環(huán)形壓敏電阻器主要用于小型馬達，積層型帶導線電容器則用于較大的馬達中，而其分界線大約為30～40㎜的馬達直徑。同時使用便可獲得非常優(yōu)異的噪聲抑制效果。

 

積層帶導線陶瓷電容器在MLCC（積層貼片陶瓷片式電容器）上通過焊錫接合導線后在MLCC部位涂布樹脂涂層。由于MLCC上覆蓋有樹脂層，因此絕緣性及濕度隔絕效果優(yōu)異，同時帶導線結構發(fā)揮了減輕機械及熱負荷的效果，因此十分適合用于噪音對策及基板彎曲對策等解決方案。同時，由于無需印刷基板，且可通過焊接或鉚接進行安裝，因此通過內(nèi)置于車載用小型DC馬達的刷握中便可實現(xiàn)節(jié)省空間及低成本的噪聲抑制，若與環(huán)形壓敏電阻器同時使用，便可進一步提高效果。此外，DC偏壓特性及溫度特性優(yōu)異的C0G特性產(chǎn)品通過大幅節(jié)省空間，實現(xiàn)了取代薄膜電容器。通過積層帶導線陶瓷電容器獨有的優(yōu)點及特長，相信可以在客戶的產(chǎn)品中大顯身手。 

 

 

積層帶導線陶瓷電容器FG系列/FA系列產(chǎn)品線

 

 

 

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