耐高温薄膜电容器—热冲击解决方案

作者：EPCOS(爱普科斯)公司时间：2008-04-14来源：电子产品世界收藏

　　目前，大量汽车开始预先在为人熟知的引擎(简称“UTH”应用系统)和引擎(简称EM)组件中，加入越来越多电子技术含量。这即为最大应力—振动、热度以及大量热浪的生成之源。因而，针对电子元件的需求随之不断增加。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/81522.htm

　　在诸如CDF-AEC-Q200、JASO D 001-87或者VW-801-01等针对汽车应用系统的专用标准中，已明确指出电子元件为确保在温度极端并快速变化的条件下可靠运行，所必须要满足的诸多条件以及应对机械应力的必要阻力。

　　目前推广的条件之一为：在外界温度恒为125℃时，机动车辆内部元件要能保持机能效率。然而，上述条件已演变成：上述应用系统必须经受住或者暂时经受住直至175℃高温。而一些特定组件，比如前灯的HID灯，以及其它应用系统，则必须能够承受恒为150℃的外界温度(参见表1)。

　　应对冲击

　　电子元件除应对急剧变化的温度之外，还必须经受住强大的热冲击。为模拟上述条件下的产品性能，通常会采取热冲击试验，将产品在- 40℃到+150℃之间进行500至1000次的轮回。而在包装和密封胶二者之间的热膨胀或者热吸附的差别之处即为判断元件可靠性和电特性的关键。

　　因为许多汽车应用系统中的温度最大值介于125℃和175℃之间，所以上述测试在实践中就非常重要。大多数该类应用系统的运行温度可高达150℃。

　　薄膜探究

　　薄膜电容器是否能够耐高温，其决定性因素在于介电薄膜。不过，早在原始设计阶段，还必须考虑其他方面，比如材料可用性及其价格。有关常见材料，请参见表2。

　　基于恶劣的运转条件以及对尺寸和成本最小化的需求，EPCOS(爱普科斯) 运用PET和PEN材料研制出可以抵挡外界最高温度、并适用于汽车电子设备的薄膜电容器。

　　结合高温运行条件与PET或者PEN相比较，PPS在应用系统方面的损耗因数较低，因此通常是最合适的解决方案。然而，经实践证明，PP也可以在中度恒温条件下使用，此即为其能产生成本效益的事实。

　　爱普科斯当前正在研制可直接装配在通用混合汽车的动力传动装置上的电容器。因为实际运行温度在110℃以下，并且PP电容器在高频区也能表现出良好性能，所以爱普科斯采用了PP介电材料。

　　除运转条件以外，系统供应商的加工是另外一个重要因素。因此，还必须在峰值高达260℃的回流焊温度下，对SMT电容器进行测试。

　　专用树脂，实现更长使用寿命

　　爱普科斯已开发出照明系统专用的多种散装电容器，以及机动车辆专用的交流/直流转换器。此外，还开发出引擎附近、要求耐振强度更高的专用组装电容器。上述电容器系列均采用环氧树脂密封包装和保护电容器元件。

　　环氧和聚氨酯树脂可通过固化剂引起喷镀金属发生电化腐蚀。电化腐蚀现象会导致电容器的电容量下降，而下降进程则视树脂中固化剂和催化剂比例、塑料膜上喷镀金属层厚度、工作电压以及温度的情况而定。

　　此外，还必须考虑环氧树脂随时间和温度变化而发生的老化现象。老化现象在外界温度接近玻化温度时，会导致柔软性和树脂热膨胀系数产生剧烈变化。届时，树脂可能会出现裂隙和裂缝，甚至在特定情况下，会导致接触面脱离。为此，爱普科斯已开发出一种专用环氧树脂，可显著减少在使用寿命和电容器电源功能性方面产生的上述负面效应。

　　在选择包装材料的过程中，经UL94 - V0核准的硬度、易碎性、热胀和阻燃性发挥了关键作用。包装和密封树脂之间还需要良好的吸附性，以便实现保护电容器的目的。虽然PPS也可用作包装材料，不过薄膜电容器制造商一般采用PBT和PP。PP的弹性非常好，不过其运行温度低于120℃、玻化温度较低、并且难于吸附树脂，因此，PP并不适用于大多数汽车应用系统。

　　为此，爱普科斯已经将研发重点放在PBT和PPS方面的塑料封装上。经证实，在大多产品中，PBT是可靠材料。有关此典型包装塑料的机械性能，参见表3概述。