关于面向汽车的提高耐电路板弯曲性的多层陶瓷电容器 电容器, 电路板, 汽车, 陶瓷

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前言

近年来的汽车市场对于高效率、低耗油化以及改善耐环境性能和安全性能越来越重视，同时电子设备的安装率也在提高。另外，与此同时还要保证车内的空间、车体的轻量化，因此安装的电子设备不得不具备小型化的特征，而安装的电路板也必须小型化。

另一方面，直接连接到电源的平滑用途、噪声去除用途的多层陶瓷电容器(MLCC)为了对应故障安全而并列配置2个的case很常见。主要是在电路板安装后的电路板的处理场合，机械应力等会对MLCC产生裂纹，而这种裂纹很可能导致在通电时发生燃烧的最坏后果。为了避免这种后果，对策就是通过并列配置2个MLCC，即使1个MLCC由于机械应力产生了裂纹，电池也不会受到冲击。但是，由于电子设备的小型化需求，削减元件个数也很必要。

如果使用改善后的耐电路板弯曲性MLCC（图1的GCJ系列、KCM/KC3系列）的话，该系列致力于裂纹偏转，能够用1个MLCC将2个并列连接的MLCC替换。本章，将介绍改善后的耐电路板弯曲性的这2个系列。




                GCJ系列                                          KCM/KC3系列
图1：车载用树脂电极多层陶瓷电容器（GCJ系列）和带金属端子多层陶瓷电容器（KCM/KC3系列）

GCJ、KCM/KC3系列改善电路板的裂纹偏转

2端子的MLCC由于受到了过度的机械应力会导致像图2的裂纹。外部电极的折叠电极前端部分受到电路板集中的偏转应力，从这里开始向MLCC发生产生裂纹。为了设计出不让这种电路板的偏转应力对MLCC产生影响的产品，改善后的耐电路板弯曲性的GCJ、KCM/KC3系列应运而生。

GCJ系列和KCM/KC3系列的构造图如图3所示。GCJ系列，其外部电极的基极电极和电镀镍/锡电极中间有一层树脂电极。由于树脂的弹性吸收了电路板的偏转应力，并且，树脂外部电极相对减弱了裂纹对陶瓷造成的破坏力，可以缓和电路板的偏转应力。

KCM/KC3系列，在MLCC上使用了金属端子电极作为接合材料（无铅高温焊接），使构造相对容易接合，将金属端子作为媒介与电路板接合。由于这种端子电极的弹性作用，缓和了来自于电路板的应力，确保了高可靠性。更重要的是，它将2个电容器重叠起来，相对于等容量的电容器2个并列排列的电路来说减少了实装空间。



图2：一般性的MLCC的电路板偏转应力（横截面照片）



GCJ系列构造图



KCM/KC3系列构造图
图3：GCJ、KCM/KC3系列的构造图

针对电路板偏转应力的评价，如图所示是耐电路板弯曲性的实验。

实验电路板：环氧玻璃电路板（FR-4、1.6mm厚度）
偏转速度：1mm/秒
实验样本个数：10个



图4：耐电路板弯曲性实验的模式图

根据这个评价结果，于一般用2端子的MLCC（GCM系列）的残存率的比较如图5所示。

GCJ、KCM/KC3系列，电路板的偏转量在6mm的时候也看不见对陶瓷部分的破坏，于GCM系列相比耐电路板弯曲性有了飞速的改善。




GCJ系列



KCM/KC3系列
图5：GCJ、KCM/KC3系列的耐电路板弯曲性实验结果





                          GCJ系列                   KCM/KC3系列
图6：耐电路板弯曲性后的横截面照片

此外，KCM/KC3系列除了电路板的偏转应力，由于热机械应力，有可能达到改善焊接裂缝的产品。图7中表示的是KCM/KC3系列的温度循环后的横截面图片。

GCM系列的话，在1000°温度循环的情况下会发生焊接裂缝，而KCM/KC3系列的话即使在2000°温度循环的时候也看不见焊接裂缝，可见对于热应力可确保高可靠性。



实验温度：-55～+125℃、放置时间：各5分、使用电路板：环氧玻璃纤维电路板（FR-4）
图7：热应力引起的焊料裂缝比较

产品一览

GCJ系列、KCM/KC3系列的125°C对应产品一览如图8所示。

GCJ系列1608-5750尺寸、6.3V-1,000V正在商品化。此外，这里没有表示出的150°C高温环境下使用的产品也在商品化中。

KCM/KC3系列5750尺寸、25-630V正在商品化中，包括一级产品、二级产品。DC-DC变流器的噪声去除、平滑用途等可用于各种广泛的用途。



GCJ 系列



KCM系列



KC3系列
图8：GCJ、KCM/KC3系列的产品一览

今后的展望

安装在汽车中的电子设备其安装率今后有望上升，而对于被使用的电子元器件的要求将持续倾向小型化、大容量化、使用期限长。村田公司继续积极的致力于本次介绍的GCJ、KCM/KC3系列更加小型的、大容量的、对应150度以上高温的产品，通过提高汽车用多层陶瓷电容器的所有功能为汽车市场的发展做出贡献。

村田公司供稿