MLCC電容設(shè)計(jì)遇挑戰(zhàn)？Fail-safe貼片助你解決難題

時(shí)間：2021-01-06 09:54:11

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[導(dǎo)讀]MLCC（Multi-layer CeramicCapacitors）是片式多層陶瓷電容器英文縮寫。是由印好電極（內(nèi)電極）的陶瓷介質(zhì)膜片以錯(cuò)位的方式疊合起來，經(jīng)過一次性高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片，再在芯片的兩端封上金屬層（外電極），從而形成一個(gè)類似獨(dú)石的結(jié)構(gòu)體，故也叫獨(dú)石電容器。

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1.?貼片MLCC電容簡單介紹

MLCC（Multi-layer CeramicCapacitors）是片式多層陶瓷電容器英文縮寫。是由印好電極（內(nèi)電極）的陶瓷介質(zhì)膜片以錯(cuò)位的方式疊合起來，經(jīng)過一次性高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片，再在芯片的兩端封上金屬層（外電極），從而形成一個(gè)類似獨(dú)石的結(jié)構(gòu)體，故也叫獨(dú)石電容器。

由印好電極（內(nèi)電極）的陶瓷介質(zhì)膜片以錯(cuò)位的方式疊合起來，經(jīng)過一次性高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片，再在芯片的兩端封上金屬層（外電極），以實(shí)現(xiàn)所需的電容值及其他參數(shù)特性。

MLCC電容設(shè)計(jì)遇挑戰(zhàn)？Fail-safe貼片助你解決難題

陶瓷電容體積小，耐熱性好，損耗小，絕緣電阻高，但容量較小，適用于高頻電路。在大功率、高壓領(lǐng)域使用的貼片陶瓷電容，要求具有小型、高耐壓和頻率特性好等特點(diǎn)。隨著材料、電極和制造技術(shù)的進(jìn)步，高壓陶瓷電容器的發(fā)展有長足的進(jìn)展，并取得廣泛應(yīng)用。據(jù)電子之家了解，貼片陶瓷電容已成為大功率高壓電子產(chǎn)品不可缺少的元件之一。

2.?貼片MLCC電容失效分析

多層陶瓷電容器（MLCC）本身的內(nèi)在可靠性十分優(yōu)良，可長時(shí)間穩(wěn)定使用,但是同時(shí)它也會(huì)存在使他出現(xiàn)問題的內(nèi)在或者外在因素，內(nèi)在因素只要是生產(chǎn)制造過程中器件本身存在的一些質(zhì)量問題，外在因素包括熱應(yīng)力或者機(jī)械應(yīng)力造成MLCC電容開裂，從而失效。作為一名汽車電子工程師，在車載PCB電路板的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)用到防止失效發(fā)生MLCC濾波電容，而且隨著業(yè)界對車載電子元器件的可靠性重視程度越來越高，因此我也在這里主要介紹一下外在因素導(dǎo)致MLCC失效的詳細(xì)情況：

熱應(yīng)力裂紋

實(shí)際使用中各種溫度沖擊往往容易產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂紋主要分布區(qū)域?yàn)樘沾煽拷穗姌O的兩側(cè)，常見的表現(xiàn)形式為貫穿瓷體的裂紋，有的裂紋與內(nèi)電極呈現(xiàn)90°。需要強(qiáng)調(diào)的是，這些裂紋產(chǎn)生后，不一定在現(xiàn)場就表現(xiàn)出實(shí)效，大多數(shù)是在使用一段時(shí)間后，水汽或離子進(jìn)入裂紋內(nèi)部，致使電容的絕緣電阻降低而導(dǎo)致電容失效。

機(jī)械應(yīng)力裂紋

多層陶瓷電容器（MLCC）的特點(diǎn)是能夠承受較大的壓應(yīng)力，但抵抗彎曲能力比較差。器件組裝過程中任何可能產(chǎn)生彎曲變形的操作都可能導(dǎo)致器件開裂。常見的應(yīng)力源有：工藝過程電路板流轉(zhuǎn)操作；流轉(zhuǎn)過程中的人、設(shè)備、重力等因素；元件接插操作；電路測試；單板分割；電路板安裝；電路板定位鉚接；螺絲安裝等。該裂紋一般源于器件上下金屬化端子，沿45°向器件內(nèi)部擴(kuò)展。如下圖所示：

一旦產(chǎn)生裂紋之后，MLCC電容將會(huì)發(fā)生容量減小，或者短路的情況，造成電容失去它原有的作用。

3.?應(yīng)對MLCC失效短路Fail-safe的方案

業(yè)界對車載電子可靠性的重視程度的逐漸提升，市面上越來越多的零部件都打出了高安全的廣告。大家經(jīng)常使用的MLCC也不例外，出現(xiàn)了不少自稱高安全性的MLCC，比如“ Flexiterm MLCC”，“Open-mode MLCC”，“Fail-open MLCC”。這些電容的出現(xiàn)都是為了防止電容出現(xiàn)短路情況，下面進(jìn)行簡單介紹：

Flexiterm MLCC

Flexiterm MLCC電容在電容的兩端加入了一些軟性物質(zhì)，在一定程度上能夠吸收應(yīng)力，防止開裂。代表性的產(chǎn)品未AVX廠家的電容，如下圖所示：

極板懸浮設(shè)計(jì)電容

這種電容內(nèi)部電極采用 cascade設(shè)計(jì)（不同的人可能會(huì)有不同的叫法），相當(dāng)于里面兩個(gè)電容串聯(lián)的效果。當(dāng)然由于一個(gè)本體內(nèi)容值較正常MLCC容值減少一半，一般采用這種技術(shù)的都是小容量的電容。這樣異能有效的防止電容在受到外力發(fā)生時(shí)產(chǎn)生短路。

Open-mode MLCC電容

利用相鄰電極之間錯(cuò)開空間從而達(dá)到crack后開路的效果，不會(huì)造成短路情況出現(xiàn)。

4.總結(jié)

Fail-safeMLCC在價(jià)格方面肯定要比一般標(biāo)準(zhǔn)的MLCC電容價(jià)格高很多，所以在應(yīng)用時(shí)，具體情況還需要具體分析，是否采用這種MLCC電容還需要仔細(xì)斟酌。以上就是對Fail-safe MLCC幾種形式的簡單介紹，隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，相信會(huì)以后肯定會(huì)有更好的解決方案，各個(gè)領(lǐng)域競爭都很激烈，元器件的成本也會(huì)不斷的降低。我們的產(chǎn)品也會(huì)因這些可靠性更高的元器件而變得更可靠。

本文系21ic論壇網(wǎng)友火星國務(wù)卿原創(chuàng)

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