與生命相關(guān)的電子產(chǎn)品現(xiàn)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)上屬于這一類別的植入式醫(yī)療電子產(chǎn)品。其他要求苛刻的應(yīng)用，包括飛機控制、汽車安全氣囊模塊和高級駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS)——其中許多過去依賴于人類的認(rèn)知和行動——現(xiàn)在也被認(rèn)為是依賴生命的電子系統(tǒng)。這些系統(tǒng)依靠大量的超高可靠性電子設(shè)備來提供可靠的、保護生命的性能，并拒絕開發(fā)能夠在各種依賴生命的終端設(shè)備中執(zhí)行重要的、支持任務(wù)的先進無源元件的新浪潮現(xiàn)在擴展到多個電子市場。

本文將提供兩種先進電容器技術(shù)的最新信息，這些技術(shù)可提供所需的峰值性能、高可靠性和環(huán)境耐用性，以支持不斷擴展的依賴生命、惡劣環(huán)境的汽車、航空航天和國防電子產(chǎn)品。

適用于惡劣環(huán)境的柔性端接 MLCC汽車電子系統(tǒng)正以驚人的速度擴展。新規(guī)范和設(shè)計的涌入引發(fā)了無數(shù)支持設(shè)備的開發(fā)，包括專門設(shè)計用于高溫、高振動和高熱循環(huán)應(yīng)用的新電子模塊系列。

這些模塊的開發(fā)要求終端系統(tǒng)能夠承受由于多層陶瓷電容器 (MLCC) 和 PCB 之間的熱膨脹系數(shù) (CTE) 不匹配而導(dǎo)致的物理彎曲和應(yīng)變。這種能力是通過在最終端接飾面下添加導(dǎo)電環(huán)氧樹脂層來實現(xiàn)的。該層的材料特性使端子能夠承受高達 5 mm 的電路板彎曲，而不會因 ESR 或 ESR 不穩(wěn)定性隨著時間的推移或環(huán)境條件的影響而增加。

圖 1：與標(biāo)準(zhǔn) NP0 和 X7R MLCC 相比，該圖表展示了 AVX 的 FLEXITERM MLCC（第一種引入市場的柔性端接技術(shù)）在 90 毫米支撐跨度上承受彎曲的能力。

現(xiàn)在，各種組件系列都使用這種靈活的端接技術(shù)，它們被廣泛用于高可靠性應(yīng)用中，其中單個電容器的故障可能會關(guān)閉整個系統(tǒng)。示例包括汽車模塊中的低泄漏輸入電容器和電源驅(qū)動緩沖器或濾波器中的高壓或高溫電容器。自推出以來，靈活端接 MLCC 的成本相對于終端系統(tǒng)、相關(guān)維修和更換的成本，尤其是與故障系統(tǒng)相關(guān)的停機時間，持續(xù)下降。這些降低的成本，加上它們可靠地承受物理彎曲和 CTE 應(yīng)變的能力，導(dǎo)致它們設(shè)計的應(yīng)用類型顯著擴展。

應(yīng)用范圍的擴大，特別是在汽車和航空電子市場中，引發(fā)了額外的性能需求，包括消除因電路板彎曲而導(dǎo)致電容器破裂的威脅。作為回應(yīng)，開發(fā)了一種在單個 MLCC 主體中串聯(lián)兩個柔性端接電容器的產(chǎn)品，以取代在這些和其他類似要求苛刻的應(yīng)用中通常以 90° 角串聯(lián)放置的兩個分立電容器。

圖 2：AVX 的 FLEXISAFE MLCC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在一個外殼內(nèi)有兩個串聯(lián)的柔性端接電容器，消除了因彎曲而導(dǎo)致電路板破裂的威脅。

與兩個以 90° 方向串聯(lián)的 MLCC 相比，這些 MLCC 還具有幾個顯著的電氣優(yōu)勢，包括：更高的可靠性、更低的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 和等效串聯(lián)電感 (ESL)。相對于兩個串聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn) MLCC，此設(shè)計中的電極尺寸有利于減小，從而有效地降低了 ESR，并消除了兩個串聯(lián)電容器之間的電路板走線，從而顯著降低了 ESL。

圖 3a：由單個 FLEXISAFE MLCC 替代的兩個串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn) MLCC 的電氣示意圖。

圖 3b：該表比較了串聯(lián)的 220-nf MLCC 與單個 100-nf FLEXISAFE MLCC 的 ESL。

圖 3c：該圖比較了標(biāo)準(zhǔn) 100-nf MLCC 與等效 100-nf FLEXISAFE MLCC 的 ESR。

這些靈活的二合一 MLCC 可靠地表現(xiàn)出如此低的 ESR 和 ESL，這一事實使它們能夠比多組件解決方案更有效地用于電源引腳。此外，由于具有兩個串聯(lián)電容器，這些 MLCC 可提供用于航空電子設(shè)備的關(guān)鍵控制信號線以及汽車控制模塊的主動安全和 ADAS 所需的極高可靠性。

ADAS 系統(tǒng)，包括自動照明和制動、自適應(yīng)巡航控制、智能手機連接以及車道和盲點警報，現(xiàn)在已在大多數(shù)新車中使用，這些系統(tǒng)中的關(guān)鍵控制信號線無法承受電容器故障而不會導(dǎo)致完全關(guān)閉系統(tǒng)。這會導(dǎo)致對數(shù)據(jù)的正確解釋進行投票的冗余節(jié)點數(shù)量減少，從而顯著降低自動化系統(tǒng)對所述數(shù)據(jù)的響應(yīng)的確定性。

高可靠性賤金屬電極 MLCC新的、更廣泛的依賴生命的電子應(yīng)用領(lǐng)域還包括航空電子設(shè)備和軍事防御、通信和武器系統(tǒng)。這些系統(tǒng)需要具有空間級可靠性和具有成本效益的定價的小型輕質(zhì)組件，這是一個相當(dāng)高的要求。賤金屬電極 (BME) MLCC 長期以來一直提供更高的電容值和更寬的電壓范圍，其封裝比在商業(yè)和汽車應(yīng)用中的等效貴金屬電極 (PME) MLCC 小四倍，是一種能夠滿足這些要求的有效解決方案需要。

近年來，BME MLCC 采用了重大的設(shè)計和制造改進，進一步提高了它們的性能，達到了經(jīng)過驗證的 PME 可靠性等效點，同時保持了相對較小的尺寸、重量和低成本。因此，這些 MLCC 現(xiàn)在已獲準(zhǔn)用于空間級和其他依賴生命的惡劣環(huán)境應(yīng)用。

將 BME MLCC 技術(shù)提升到依賴壽命的應(yīng)用所需的可靠性水平的設(shè)計和工藝改進包括：減小 X7R 鈦酸鉍介電材料的粒徑以提高介電強度 (V/μ)，優(yōu)化特定工藝的介電BME 系統(tǒng)的要求，優(yōu)化介電層的厚度，并改進用于極薄陶瓷層的鑄造、印刷和堆疊工藝，以實現(xiàn)具有更大電容值的輕質(zhì)組件。

圖 5：為空間級可靠性而設(shè)計的 BME MLCC 采用了非常保守的設(shè)計方法。單獨的介電層、電容器覆蓋層、邊緣區(qū)域和 FLEXITERM 層為這些部件提供了增強的保護，免受過壓應(yīng)力和外部環(huán)境影響。

BME MLCC 符合 NASA 的 S-311-P-838 規(guī)范，獲準(zhǔn)用于歐洲空間應(yīng)用，并根據(jù)歐洲空間組件協(xié)調(diào) (ESCC) 3009 的標(biāo)準(zhǔn)列入歐洲空間協(xié)會 (ESA) 的合格零件清單 (QPL) /041 規(guī)格，現(xiàn)已上市，適用于需要高電容、寬電壓范圍和嚴(yán)格可靠性標(biāo)準(zhǔn)的任何尺寸、重量和成本意識的應(yīng)用。憑借從 0603 到 1812 的外殼尺寸、從 2.2 μF 到 8.2 μF 的電容值以及從 16 V 到 100 V 的額定電壓，這些下一代 BME MLCC 正在實現(xiàn)新一代的超高可靠性、與壽命相關(guān)的產(chǎn)品應(yīng)用，包括雷達系統(tǒng)、軍事防御和武器系統(tǒng)，

AVX 是第一家（也是目前唯一一家）被認(rèn)可為符合 NASA 的 S-311-P-838 規(guī)范、ESA 的批準(zhǔn)用于美國和歐洲軍事和航空航天設(shè)計的空間級 BME X7R MLCC 合格供應(yīng)商的公司QPL 和 ESCC 的 3009/041 規(guī)范。?

隨著電子產(chǎn)品繼續(xù)滲透到我們生活的幾乎每一個方面，被認(rèn)為與生命相關(guān)的應(yīng)用清單將繼續(xù)擴大，超出最初構(gòu)成這一類別的植入式醫(yī)療電子產(chǎn)品，以及航空電子設(shè)備、航空航天和 ADAS 應(yīng)用程序。已經(jīng)擴展了類別的參數(shù)并挑戰(zhàn)工程師開發(fā)新的組件解決方案，這些解決方案能夠以更小、更輕的外形尺寸持續(xù)提供高可靠性、長壽命的性能和具有成本效益的價格。

具有靈活端接和有吸引力的性能特征的 MLCC 和具有 PME 等效、空間級可靠性、更小、更輕的外形尺寸、擴展的電容和電壓能力以及更低成本的 BME MLCC 的開發(fā)和市場引入已經(jīng)解決了當(dāng)前的組件挑戰(zhàn)從這個不斷擴大的電子產(chǎn)品類別中，制造商必須不斷努力開發(fā)新的、改進的和創(chuàng)新的無源元件，以滿足板級的下一代設(shè)計要求。電子發(fā)展的速度只會加快，如果有的話，供應(yīng)商將始終面臨挑戰(zhàn)，以更低的成本在更小的空間內(nèi)提供更好的性能。

　　審核編輯：湯梓紅