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。
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3點要求:1.小型化;2.高性能化;3.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。而軟端子貼片電容正是可以改善連接可靠性的貼片電容產品。本章將針對彎曲裂紋及焊錫裂紋的問題,對軟端子貼片電容進行介紹。
普通端子產品與軟端子貼片電容的不同點
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,軟端子貼片電容通過吸收其產生的應力,與普通貼片電容相比可改善連接可靠性。
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。
軟端子貼片電容樹脂層能夠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。
運用軟端子貼片電容的彎曲裂紋對策
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。
軟端子貼片電容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。普通貼片電容產品中陶瓷元件體內發生裂紋時,軟端子貼片電容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。
運用軟端子貼片電容的焊錫裂紋對策
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。
一般情況下,熱沖擊后的粘合強度會發生降低,但軟端子貼片電容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。在3000次循環的熱沖擊試驗數據(-55 to 125℃)中,普通貼片電容的粘合強度降低了約90%,而軟端子貼片電容僅降低了約50%。
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。
總而言之,軟端子貼片電容在汽車電子應用中最主要的優勢是其軟端層能夠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。因此軟端子貼片電容比普通貼片電容會有更高的可靠性和耐用性。
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