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。現(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(wú)鉛焊料的使用越來(lái)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？朔陨蠁栴}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(wú)鉛焊料的物理性能或通過減小零件尺寸來(lái)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(lái)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)鉛焊料現(xiàn)在替代了傳統(tǒng)焊料。然而，目前可用的無(wú)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(wú)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
