Przemysł motoryzacyjny słynie z rygorystycznych norm testowania. Tylko najwyższej jakości podzespoły elektroniczne są w stanie spełnić wymagania wymagających testów, które często przeprowadza się w skrajnie trudnych warunkach środowiskowych. Test punktu rosy w branży motoryzacyjnej jest przykładem badania integralności, które obejmuje systemy elektroniczne wyposażone w kondensatory MLCC (wielowarstwowe kondensatory ceramiczne) z miękkimi zakończeniami ze srebrnej żywicy epoksydowej. Aby mieć pewność, że kondensatory MLCC zaliczą bardzo wymagający test punktu rosy, projektanci muszą przyjąć bardziej przemyślaną strategię w odniesieniu do tych kondensatorów. Firma Samsung Electro-Mechanics Co (SEMCO) dysponuje optymalnym rozwiązaniem, które obejmuje całkowicie nowy wariant kondensatora z miękkim zakończeniem.
Miękkie zakończenia poprawiają wytrzymałość mechaniczną kruchych kondensatorów MLCC klasy II, które są powszechnie stosowane w samochodowych systemach elektronicznych. Kruchość jest nieodłączną cechą materiałów ceramicznych, co sprawia, że kondensatory MLCC klasy motoryzacyjnej są bardziej podatne na naprężenia mechaniczne niż większość innych montowanych powierzchniowo podzespołów płytek PCB.
Poprzez dopuszczenie pewnego stopnia wytrzymałości na zginanie, w przypadku wygięcia płytki drukowanej miękkie zakończenia zapobiegają niepożądanym skutkom, takim jak pęknięcia i/lub zwarcia. Konwencjonalnym materiałem, który wybiera się do wykonania miękkich zakończeń, jest srebrna żywica epoksydowa. Jeśli chodzi o niektóre testy w branży motoryzacyjnej, pojawia się jednak pewien problem. W szczególności producenci OEM wymagają od dostawców systemów elektronicznych, aby te zaliczały test punktu rosy. Wysoka wilgotność w trakcie tego testu może doprowadzić do migracji między zaciskami kondensatorów MLCC. Chociaż inne metale mogą migrować, srebro jest najbardziej problematyczne, ponieważ migruje najszybciej.
Moc dobra
Środowiska o wysokiej wilgotności stanowią szczególne zagrożenie dla wielu zastosowań elektronicznych, które obejmują różne podzespoły układu napędowego. Przykładowo falownik główny wykorzystuje bezpośrednio zasilanie z akumulatora wysokonapięciowego, które jest doprowadzane przez obwód pośredniczący kondensatora MLCC. Inne podzespoły układu napędowego, które mogą nie przejść testów punktu rosy bez odpowiednich kondensatorów MLCC, obejmują ładowarki pokładowe, systemy zarządzania akumulatorami, przetwornice DC/DC, jednostki sterujące skrzyni biegów (TCU) i elektroniczne jednostki sterujące (ECU). Problem może tak naprawdę dotyczyć wszystkich jednostek ECU, które nie są powlekane i które stanowią zdecydowaną większość.
Wilgotność jest największym problemem dla tych kondensatorów MLCC, które cechują się niskim obciążeniem po stronie prądu przemiennego (a zatem pozostają zimne), ale jednocześnie stałym obciążeniem po stronie prądu stałego. W obwodach wysokonapięciowych ta problematyczna kwestia może stać się jeszcze istotniejsza, ponieważ im wyższe napięcie, tym większa siła migracji.
Układ napędowy to tylko wierzchołek góry lodowej, jeśli chodzi o układy podatne na kondensację. Przy doborze kondensatorów MLCC trzeba wziąć pod uwagę wszystkie systemy elektroniczne podwozia i nadwozia, takie jak jednostka sterująca poduszek powietrznych (ACU), elektryczne wspomaganie kierownicy (EPS) czy HVAC (ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja).
Kondensatory te są ponadto używane w zastosowaniach systemu ADAS (zaawansowany system wspomagania kierowcy), takich jak inteligentny tempomat (SCC), wykrywanie świateł i odległości, system noktowizyjny i autonomiczna jednostka sterująca.
Miękki dotyk
Prawidłowe działanie tych zaawansowanych systemów opiera się na połączeniu ogólnych, średnio- i wysokonapięciowych, wysokotemperaturowych i chroniących przed wyładowaniami elektrostatycznymi kondensatorów MLCC, które wyposażono w miękkie zakończenia.
Aby wyjaśnić, dlaczego tak jest, weźmy pod uwagę normę Volkswagen VW80000, w której określono ogólne wymagania, warunki testowe i procedury testowe dla podzespołów elektrycznych i elektronicznych w pojazdach silnikowych. W trakcie testu K-15 określonego w normie VW8000 symuluje się kondensację na modułach elektronicznych w celu oceny ich wytrzymałości.
Test K-15 Volkswagena służy do określania względnej wilgotności powietrza na poziomie 100% podczas fazy kondensacji, a jego czas trwania wynosi 32,5 godziny (pięć cykli po 6,5 godziny). To wymagające środowisko sprawia, że na podzespołach, zwłaszcza tych, które nie są obciążone, osadzają się krople wody. Dobrym przykładem jest kondensator MLCC stabilizujący napięcie niskim prądem tętniącym, co jest jednym z najczęstszych przypadków użycia kondensatorów MLCC.
Wysoka wilgotność i krople wody przyspieszają migrację między zaciskami o różnym potencjale. Aby uniknąć szybkiej migracji, oczywistym rozwiązaniem jest wyeliminowanie w jak największym stopniu zawartości srebra w zakończeniu. Chociaż inne metale mogą migrować (i migrują), tempo migracji jest na tyle wolne, że wymagania testów punktu rosy określone dla branży motoryzacyjnej mogą być spełnione.
Ponad 10 lat temu firma SEMCO zrezygnowała z miękkich zakończeń ze srebrnej żywicy epoksydowej na rzecz miękkich zakończeń z miedzianej żywicy epoksydowej i nadal powiększa swój asortyment poprzez oferowanie produktów obsługujących wysoką kapacytancję i wysokie napięcie, o mniejszych wymiarach i przystosowanych do większych obudów. Stosuje te zakończenia w nowych kondensatorach MLCC do zastosowań motoryzacyjnych.
Wszystkie kondensatory MLCC klasy II dla branży motoryzacyjnej, które oferuje firma SEMCO, są obecnie dostępne z powłoką metalowo-epoksydową, która uniemożliwia migrację srebra. W rzeczywistości SEMCO jest jedynym dostawcą oferującym zakończenia z miedzianej żywicy epoksydowej o wysokiej wytrzymałości na zginanie w swojej gamie produktów motoryzacyjnych, dzięki czemu zapobiegają one migracji srebra. Od 2023 roku wszystkie nowe kondensatory MLCC SEMCO dla przemysłu motoryzacyjnego są wykonywane z wykorzystaniem technologii miedziano-epoksydowej. Niektórzy spośród innych dostawców oferują specjalne kondensatory MLCC z powłoką chroniącą przed migracją, ale za wyższą cenę.
O krok naprzód
Oprócz wyeliminowania problemów związanych z migracją srebra i łatwiejszego uzyskiwania pozytywnych wyników w wymagających testach punktu rosy, kondensatory z miękkimi zakończeniami lub miękkimi zakończeniami, które są jednocześnie bezpieczne w razie awarii, wyróżniają się wyjątkową wytrzymałością na zginanie, co pomaga zapobiegać pęknięciom we wrażliwych obszarach, takich otwór i złącze przewodu akumulatora 12 V.
Jedną z najczęstszych przyczyn awarii kondensatorów MLCC są pęknięcia. Do głównych czynników powodujących ten niepożądany efekt należą rozdzielenie płytki drukowanej na pojedyncze moduły wskutek złamania (zgięcia), przykręcenie płytki drukowanej do obudowy i umieszczenie kondensatora MLCC zbyt blisko śruby.
W zależności od stopnia pęknięcia mogą one nie powodować awarii MLCC podczas końcowych testów montażowych, co stanowi poważny problem dla producentów systemów elektronicznych w pojazdach. W miarę upływu czasu wnikanie wilgoci do pęknięcia może powodować zmniejszenie rezystancji izolacji i ostatecznie doprowadzić do przebicia dielektrycznego. Skutkiem tego przebicia jest awaria kondensatora podczas eksploatacji, która prowadzi do potencjalnych kosztów z tytułu napraw gwarancyjnych i obniżenia wizerunku firmy.
Inną przyczyną awarii, do której prowadzi pękanie, jest potencjalne zwarcie. Może ono nie tylko zniszczyć kondensator MLCC, ale także uszkodzić otaczające go podzespoły, płytkę drukowaną i sąsiednie zespoły płytek drukowanych.
Szybki postęp
Przystosowanie kondensatorów MLCC z nowymi miękkimi zakończeniami oznacza, że producenci samochodowych systemów elektronicznych czerpią korzyści zarówno ze znacząco ograniczonej migracji metalu, jak i wytrzymałości zakończeń, co zasadniczo eliminuje sprzeczne ambicje projektowe.
Miedziano-epoksydowe miękkie zakończenia SEMCO o wysokiej wytrzymałości na zginanie, które zastosowano w kondensatorach MLCC, nie wykazują migracji srebra podczas testów punktu rosy dla przemysłu motoryzacyjnego. Co więcej, kondensatory MLCC firmy SEMCO cechują się wytrzymałością na zginanie do 5 mm zgodnie z AEC-Q200 – globalnym standardem dotyczącym odporności naprężeniowej, który muszą spełniać wszystkie pasywne podzespoły elektroniczne. Innymi słowy, produkty SEMCO gwarantują brak pęknięć przy zginaniu płytek do 5 mm.
Dzięki rozwiązaniu tego wieloletniego problemu w opłacalny sposób firma SEMCO stanęła na czele rozwoju technologii kondensatorów MLCC dla klientów z branży motoryzacyjnej. Ponad dekada sukcesów w tej dziedzinie dowodzi wysokiej niezawodności miękkich zakończeń SEMCO, które zapobiegają migracji srebra.
