解決指南用于汽車的高可靠性產品樹脂電極型電容器、電感器以及片狀磁珠

隨著以自動駕駛為目的的汽車多功能化不斷發展，ADAS的各類ECU耗電量不斷增加，安裝于發動機艙等機構部分附近的電子控制單元（ECU）的機電一體化不斷發展。為此，一輛汽車中搭載的電子設備、電子元件呈不斷增加的趨勢，用于電子設備中的電子元件可靠性對汽車整體的可靠性影響越來越大。

用于汽車的電子元件所要求的可靠性

伴隨車載電子設備的小型化及高功能化發展，電子元件搭載數量不斷增加，在嚴酷環境下使用的情況也不斷增加，因此對于電子元件提出了以下3點要求。
·小型化
·高性能化
·高可靠性化
其中，高可靠性化為重要因素，針對急劇溫度變化及機械強度擁有耐久性的電子元件則需要滿足更高的要求。
TDK為滿足此類需求，提供有通過在電容器、電感器以及片狀磁珠中使用樹脂電極改善連接可靠性的產品。
本章將針對彎曲裂紋及焊錫裂紋的問題，就樹脂電極的運用示例及效果進行介紹。

圖1TDK的樹脂電極產品

	積層貼片 陶瓷片式電容器 (MLCC)	電感器(線圈) 去耦電路用	電感器(線圈) 電源電路用	片狀磁珠 信號線用	片狀磁珠 電源線用
系列	CGA, CEU 系列等	KLZ 系列	TFM 系列	KMZ 系列	KPZ 系列
產品示例

普通端子產品與樹脂電極產品端子的不同點

基板彎曲應力及熱沖擊會導致焊錫接合部發生膨脹及收縮，樹脂電極產品通過吸收其產生的應力，與普通電極產品相比可改善連接可靠性。

■為積層貼片陶瓷片式電容器 （MLCC）時

· 普通MLCC端子電極的Cu底材層均進行了鍍Ni及鍍Sn。而樹脂電極產品是一種在鍍Cu及鍍Ni層中加入導電性樹脂層的結構。（圖2）
· 樹脂層吸收熱沖擊導致焊錫接合部膨脹收縮而產生的應力以及基板彎曲應力等，抑制元件體產生裂紋。

圖2 MLCC普通電極產品與樹脂電極產品端子的不同點

■為電感器（線圈）及片狀磁珠時

·普通磁珠端子電極使用了Ag底材層并進行了鍍Ni及鍍Sn。而樹脂電極產品是一種在Ag底材層及鍍Ni層中加入導電性樹脂層的結構。（圖3）

圖3 電感器（線圈）、片狀磁珠普通電極產品與樹脂電極產品端子的不同點

運用樹脂電極產品的彎曲裂紋對策

發生彎曲裂紋的主要過程

元件體發生裂紋的原因中最多是因為基板的彎曲應力。原因包括“焊錫量導致的焊錫應力”、“基板分割時的應力”、“制造時的應力”等各種情況。發生元件體裂紋時可能會發生“短路模式”或“開路模式”故障，此時對策不可或缺。

圖4 發生彎曲的主要原因與過程

積層貼片陶瓷片式電容器（MLCC）

TDK的積層貼片陶瓷片式電容器樹脂電極產品在耐基板彎曲性（極限彎曲）試驗中與普通電極產品相比擁有2倍以上的彎曲耐性。
普通電極產品中陶瓷元件體內發生裂紋時，導電性樹脂電極產品中雖然鍍鎳層開始與導電性樹脂層剝離，但未產生裂紋，因此可以確認樹脂電極產品對于裂紋擁有抑制效果。
詳情請參照解決指南“MLCC（積層貼片陶瓷片式電容器）的彎曲對策”。

MLCC（積層貼片陶瓷片式電容器）的彎曲對策

積層型電感器（線圈）、片狀磁珠

TDK的積層型電感器及片狀磁珠的樹脂電極產品在耐基板彎曲性（極限彎曲）試驗中與普通電極產品相比擁有近2倍的彎曲耐性。
普通電極產品中，即使是4mm的彎曲量也會發生裂紋，但樹脂電極產品中即使是7mm的彎曲，元件體也不會發生裂紋。

圖5 彎曲試驗結果

運用樹脂電極產品的焊錫裂紋對策

焊錫裂紋的主要發生原因

電子元件中發生的焊錫裂紋是因為制造的焊錫工序及市場中嚴酷的使用條件等。主要發生原因為在反復溫度變化的環境下，因產品電極部與基板的熱膨脹系數之差導致熱應力施加于焊錫接合部位后發生。尤其在汽車內，產品周圍很可能發生急劇的溫度變化（熱沖擊），因此需要注意。同時，出于環保考慮，汽車用電子元件中使用了無鉛焊錫，從溫度管理及焊錫組成來看，與以往的共晶焊錫相比，發生焊錫裂紋的風險更高。

圖6 焊錫裂紋的主要發生原因

MLCC（積層貼片陶瓷片式電容器）的焊錫裂紋對策

關于粘合強度降低率

一般情況下，熱沖擊后的粘合強度會發生降低，但TDK的樹脂電極產品擁有優異的耐熱沖擊性。這一特點也可從熱沖擊試驗后的數據得以確認。

■為積層貼片陶瓷片式電容器 （MLCC）時

·在3000次循環的熱沖擊試驗數據（-55 to 125℃）中，普通電極產品的粘合強度降低了約90%，而樹脂電極產品僅降低了約50%。

圖7 MLCC的熱沖擊試驗數據

	試驗前	試驗后（3000cyc.）
以往產品
樹脂電極產品

■為電感器（線圈）及片狀磁珠時

·在2000次循環的熱沖擊試驗數據（-55 to 150℃）中，普通電極產品的粘合強度降低了約50%，而樹脂電極產品僅降低了約20%。

圖8 電感器(線圈)、片狀磁珠的熱沖擊試驗數據

	試驗前	試驗后（2000cyc.）
以往產品
樹脂電極產品

總結

電子元件的元件體中發生裂紋時會發生短路故障或開路故障。相同的，與基板的接合部施加應力后會產生“焊錫裂紋”，從而可能引起元件脫落、開路故障等。在汽車發動機艙或擁有其他熱源的設備等溫度變化（差）較大的場所中使用時需要注意。
TDK的樹脂電極產品除了基板的“翹曲”、“彎曲”及“熱沖擊”以外，還可抑制外部壓力等。
TDK為提高連接可靠性，提供有使用樹脂電極的電子元件。

審核編輯：彭菁