高可靠性陶瓷电容器可应对恶劣环境、生命攸关的应用
与生命相关的电子产品现在远远超出了传统上属于这一类别的植入式医疗电子产品。其他要求苛刻的应用，包括飞机控制、汽车安全气囊模块和高级驾驶员辅助系统 (adas)——其中许多过去依赖于人类的认知和行动——现在也被认为是依赖生命的电子系统。这些系统依靠大量的超高可靠性电子设备来提供可靠的、保护生命的性能，并拒绝开发能够在各种依赖生命的终端设备中执行重要的、支持任务的先进无源元件的新浪潮现在扩展到多个电子市场。
本文将提供两种先进电容器技术的最新信息，这些技术可提供所需的峰值性能、高可靠性和环境耐用性，以支持不断扩展的依赖生命、恶劣环境的汽车、航空航天和国防电子产品。
适用于恶劣环境的柔性端接 mlcc汽车电子系统正以惊人的速度扩展。新规范和设计的涌入引发了无数支持设备的开发，包括专门设计用于高温、高振动和高热循环应用的新电子模块系列。
这些模块的开发要求终端系统能够承受由于多层陶瓷电容器 (mlcc) 和 pcb 之间的热膨胀系数 (cte) 不匹配而导致的物理弯曲和应变。这种能力是通过在最终端接饰面下添加导电环氧树脂层来实现的。该层的材料特性使端子能够承受高达 5 mm 的电路板弯曲，而不会因 esr 或 esr 不稳定性随着时间的推移或环境条件的影响而增加。
图 1：与标准 np0 和 x7r mlcc 相比，该图表展示了 avx 的 flexiterm mlcc（第一种引入市场的柔性端接技术）在 90 毫米支撑跨度上承受弯曲的能力。
现在，各种组件系列都使用这种灵活的端接技术，它们被广泛用于高可靠性应用中，其中单个电容器的故障可能会关闭整个系统。示例包括汽车模块中的低泄漏输入电容器和电源驱动缓冲器或滤波器中的高压或高温电容器。自推出以来，灵活端接 mlcc 的成本相对于终端系统、相关维修和更换的成本，尤其是与故障系统相关的停机时间，持续下降。这些降低的成本，加上它们可靠地承受物理弯曲和 cte 应变的能力，导致它们设计的应用类型显着扩展。
应用范围的扩大，特别是在汽车和航空电子市场中，引发了额外的性能需求，包括消除因电路板弯曲而导致电容器破裂的威胁。作为回应，开发了一种在单个 mlcc 主体中串联两个柔性端接电容器的产品，以取代在这些和其他类似要求苛刻的应用中通常以 90° 角串联放置的两个分立电容器。
图 2：avx 的 flexisafe mlcc 的内部结构在一个外壳内有两个串联的柔性端接电容器，消除了因弯曲而导致电路板破裂的威胁。
与两个以 90° 方向串联的 mlcc 相比，这些 mlcc 还具有几个显着的电气优势，包括：更高的可靠性、更低的等效串联电阻 (esr) 和等效串联电感 (esl)。相对于两个串联的标准 mlcc，此设计中的电极尺寸有利于减小，从而有效地降低了 esr，并消除了两个串联电容器之间的电路板走线，从而显着降低了 esl。
图 3a：由单个 flexisafe mlcc 替代的两个串联标准 mlcc 的电气示意图。
图 3b：该表比较了串联的 220-nf mlcc 与单个 100-nf flexisafe mlcc 的 esl。
图 3c：该图比较了标准 100-nf mlcc 与等效 100-nf flexisafe mlcc 的 esr。
这些灵活的二合一 mlcc 可靠地表现出如此低的 esr 和 esl，这一事实使它们能够比多组件解决方案更有效地用于电源引脚。此外，由于具有两个串联电容器，这些 mlcc 可提供用于航空电子设备的关键控制信号线以及汽车控制模块的主动安全和 adas 所需的极高可靠性。
adas 系统，包括自动照明和制动、自适应巡航控制、智能手机连接以及车道和盲点警报，现在已在大多数新车中使用，这些系统中的关键控制信号线无法承受电容器故障而不会导致完全关闭系统。这会导致对数据的正确解释进行投票的冗余节点数量减少，从而显着降低自动化系统对所述数据的响应的确定性。
高可靠性贱金属电极 mlcc新的、更广泛的依赖生命的电子应用领域还包括航空电子设备和军事防御、通信和武器系统。这些系统需要具有空间级可靠性和具有成本效益的定价的小型轻质组件，这是一个相当高的要求。贱金属电极 (bme) mlcc 长期以来一直提供更高的电容值和更宽的电压范围，其封装比在商业和汽车应用中的等效贵金属电极 (pme) mlcc 小四倍，是一种能够满足这些要求的有效解决方案需要。
近年来，bme mlcc 采用了重大的设计和制造改进，进一步提高了它们的性能，达到了经过验证的 pme 可靠性等效点，同时保持了相对较小的尺寸、重量和低成本。因此，这些 mlcc 现在已获准用于空间级和其他依赖生命的恶劣环境应用。
将 bme mlcc 技术提升到依赖寿命的应用所需的可靠性水平的设计和工艺改进包括：减小 x7r 钛酸铋介电材料的粒径以提高介电强度 (v/μ)，优化特定工艺的介电bme 系统的要求，优化介电层的厚度，并改进用于极薄陶瓷层的铸造、印刷和堆叠工艺，以实现具有更大电容值的轻质组件。
图 5：为空间级可靠性而设计的 bme mlcc 采用了非常保守的设计方法。单独的介电层、电容器覆盖层、边缘区域和 flexiterm 层为这些部件提供了增强的保护，免受过压应力和外部环境影响。
bme mlcc 符合 nasa 的 s-311-p-838 规范，获准用于欧洲空间应用，并根据欧洲空间组件协调 (escc) 3009 的标准列入欧洲空间协会 (esa) 的合格零件清单 (qpl) /041 规格，现已上市，适用于需要高电容、宽电压范围和严格可靠性标准的任何尺寸、重量和成本意识的应用。凭借从 0603 到 1812 的外壳尺寸、从 2.2 μf 到 8.2 μf 的电容值以及从 16 v 到 100 v 的额定电压，这些下一代 bme mlcc 正在实现新一代的超高可靠性、与寿命相关的产品应用，包括雷达系统、军事防御和武器系统，
avx 是第一家（也是目前唯一一家）被认可为符合 nasa 的 s-311-p-838 规范、esa 的批准用于美国和欧洲军事和航空航天设计的空间级 bme x7r mlcc 合格供应商的公司qpl 和 escc 的 3009/041 规范。
随着电子产品继续渗透到我们生活的几乎每一个方面，被认为与生命相关的应用清单将继续扩大，超出最初构成这一类别的植入式医疗电子产品，以及航空电子设备、航空航天和 adas 应用程序。已经扩展了类别的参数并挑战工程师开发新的组件解决方案，这些解决方案能够以更小、更轻的外形尺寸持续提供高可靠性、长寿命的性能和具有成本效益的价格。
具有灵活端接和有吸引力的性能特征的 mlcc 和具有 pme 等效、空间级可靠性、更小、更轻的外形尺寸、扩展的电容和电压能力以及更低成本的 bme mlcc 的开发和市场引入已经解决了当前的组件挑战从这个不断扩大的电子产品类别中，制造商必须不断努力开发新的、改进的和创新的无源元件，以满足板级的下一代设计要求。电子发展的速度只会加快，如果有的话，供应商将始终面临挑战，以更低的成本在更小的空间内提供更好的性能。
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现在，各种组件系列都使用这种灵活的端接技术，它们被广泛用于高可靠性应用中，其中单个电容器的故障可能会关闭整个系统。示例包括汽车模块中的低泄漏输入电容器和电源驱动缓冲器或滤波器中的高压或高温电容器。自推出以来，灵活端接 mlcc 的成本相对于终端系统、相关维修和更换的成本，尤其是与故障系统相关的停机时间，持续下降。这些降低的成本，加上它们可靠地承受物理弯曲和 cte 应变的能力，导致它们设计的应用类型显着扩展。
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图 3a：由单个 flexisafe mlcc 替代的两个串联标准 mlcc 的电气示意图。
图 3b：该表比较了串联的 220-nf mlcc 与单个 100-nf flexisafe mlcc 的 esl。
图 3c：该图比较了标准 100-nf mlcc 与等效 100-nf flexisafe mlcc 的 esr。
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