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　　虽然车辆中的电子产品数量正在迅速增加，但行业的焦点往往集中在传感器、发动机控制单元 (ECU)、导航、车内连接、音频和高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 上。随着电动汽车 (EV) 成为主流，能够承受 800 伏以上电压同时满足严格环境要求的高电压、高可靠性电子元件变得至关重要。这种需求适用于电容器级别。

　　除了符合 AEC-Q200 等抗应力标准外，汽车设计师在选择电容器时还必须根据具体应用考虑许多物理和电气特性。反馈回路需要具有严格公差和稳定温度系数的电容器。在高频应用中，等效串联电感 (ESL) 必须很低。在电源应用中，如果预计会出现高纹波电流，则需要具有低等效串联电阻 (ESR) 的组件。对于电动汽车，最小化尺寸和重量也很重要。

　　为了满足这些要求，现已推出符合多项国际安全规范和认证(包括 AEC-Q200)的经过安全认证的表面贴装多层陶瓷电容器 (MLCC)。

　　本文介绍了 MLCC电容器的结构以及 EV 对 MLCC 的要求。然后，它展示了固有尺寸和体积效率以及 FlexiCap 端接和高耐压等特性如何帮助 MLCC 满足物理和电气要求。提供了Knowles Syfer的真实示例。

　　MLCC的结构

　　MLCC 是表面贴装电容器，由几个垂直堆叠并通过终端并联连接的独立电容器元件组成。因此，术语多层(图 1)。

　　图 1：MLCC 结构的横截面图显示了堆叠在一个公共封装中的多个电容器层。 (图片来源：Knowles Syfer)

　　为构建 MLCC，使用交替极性电极交替的筛选过程构建陶瓷电介质层。这允许创建非常大量的层。这些多电极正 (+) 和负 (-) 对的并联连接允许在相对较小的封装中制造大电容值。

　　电极是金属的并且具有高导电性。制造过程要求电极不发生化学反应并具有高熔点。为此，Knowles Syfer MLCC 电容器使用银和钯的组合作为电极。

　　电介质还必须是良好的绝缘体。相对介电常数 - 或介电常数 (e r ) - 决定了给定组件几何形状可达到的电容。例如，Knowles Syfer增强安全认证的表面贴装 MLCC 带有两类陶瓷电介质。第一个是 C0G/NP0，一种 EIA 1 类电介质，相对于er为 0 的真空的介电常数，其介电常数介于 20 和 100 之间。第二个是 X7R，一种 EIA 2 类电介质，具有e r在 2000 和 3000 之间。作为比较，e r云母为 5.4，塑料薄膜为 3。因此，对于给定的电容值，陶瓷电容器将更小。电介质的选择会影响电容器在温度、施加电压和时间方面的稳定性。一般来说，er 越高，电容值越不稳定。

　　EIA 将 2 类电介质分类为字母数字分类。第一个字母表示最低温度，数字表示最高温度，最后一个字母表示电容容差。 X7R 电介质解码为最低温度为 -55°C，最高温度为 +125°C，电容容差为 ±15%。像 C0G 这样的 1 类电介质具有类似的编码。第一个字符是一个字母，给出了电容随温度变化的有效数字，单位为百万分之一摄氏度 (ppm/°C)。对于 C0G 电介质，C 表示温度稳定性的零 ppm/°C 有效数字。第二个数字是温度稳定性的乘数。 0 表示 10 -1的乘数.最后一个字母 G 定义了 ±30 ppm 的电容误差。

　　1 类电介质提供更高的精度和稳定性。它们还表现出较低的损失。 2 类电介质不太稳定，但体积效率更高，因此每单位体积的电容更大。因此，较高值的 MLCC 电容器通常使用 2 类电介质。 Knowles Syfer 增强型安全认证 MLCC 具有 4.7 皮法 (pF) 至 56 纳法 (nF) 的高电容范围，具体取决于电介质的选择，以及高达 305 伏交流电 (VAC) 的额定电压。

　　MLCC 的电容与电极的重叠面积以及陶瓷电介质的er成正比。电容与电介质厚度成反比，而额定电压与其成正比。因此，在电容、额定电压和电容器的物理尺寸之间存在权衡。

　　EV用MLCC

　　MLCC 具有相对较低的 ESL 和 ESR，使其更适合高频应用，并且由于电介质的选择范围广泛，可以根据应用优化电容值和公差范围。它们是表面贴装组件，具有非常高效的封装，有助于解决电动汽车中的空间限制问题。与铝电解电容器和钽电容器相比，它们还具有很高的抗电压瞬变能力。

　　虽然 MLCC 被广泛使用，但如果由于振动或冲击而受到机械应力，它们可能会破裂。裂缝会使设备因水分污染而退化。 Knowles Syfer 的设计人员通过创建 FlexiCap 端接来解决这个问题，该端接可以提高对组件弯曲的容忍度(图 2)。

　　图 2：FlexiCap 设计在通常的端盖屏障下方使用专有的柔性环氧聚合物端接底座，以提供更大的抵抗力，防止因电路板弯曲而造成损坏。 (图片来源：Knowles Syfer)

　　FlexiCap 中使用的柔性终端基座应用在电极上。这种材料是一种载银环氧聚合物，使用传统的端接技术应用，然后进行热固化。它很灵活，可以吸收电路板和安装的 MLCC 之间的一些机械应力。

　　因此，与烧结端接组件相比，采用 FlexiCap 端接的组件能够承受更大程度的机械应变。 FlexiCap 还提供增强的保护，防止机械开裂和发生快速温度变化的应用。对于电动汽车的设计者来说，其结果是在处理过程中的电路板时具有更大程度的弯曲公差，转化为更高的产量和更少的现场故障。

　　Knowles Syfer 安全认证电容器对电动汽车也很重要，可通过 AEC-Q200 认证。如果部件通过了一系列严格的温度、热冲击、防潮、尺寸公差、耐溶剂、机械冲击、振动、静电放电、可焊性和电路板弯曲应力测试，则该部件被视为“符合 AEC-Q200 标准” ，等等。

　　在电气方面，经过安全认证的线路具有 4 千伏直流电 (kV DC ) 和 3 kV RMS的高介电耐压 (DWV) 。这些是需要宽测试和安全余量的 EV 800 伏充电系统的关键特性。

　　EV用MLCC示例

　　来自 Knowles Syfer 增强型安全认证系列的各种电容器值均具有 Flexicap 端接和 AEC-Q200 认证，使其特别适合 EV 应用。例如，1808JA250101JKTSYX是一个 100 pF C0G/NP0 电容器，Y2 类(线对地)应用的额定电压为 250 伏交流电，X1 类(线对线)应用的额定电压为 305 伏交流电，容差为 ± 5%。它采用 1808 封装，尺寸为 0.195 x 0.079 英寸，或 4.95 x 2.00 毫米 (mm)(图 3)。

　　图 3：所示为 1808JA250101JKTSYX MLCC 的物理尺寸(左)及其推荐的焊盘布局(右)。 (图片来源：Knowles Syfer)

　　典型的 X7R 电容器是 Knowles Syfer 1812Y2K00103KST，这是一种 10000 pF ±10% 2 kV 设备，采用 1812 封装，尺寸为 4.5 x 3.2 x 2.5 mm。 1808JA250101JKTSYX 和 1812Y2K00103KST 电容器类型的额定温度范围均为 -55°C 至 +125°C。该产品系列提供 1808、1812、2211、2215 和 2220 外壳尺寸，具体取决于使用的电介质、电容值和额定电压。

　　其他示例包括 Knowles Syfer 1808JA250101JKTS2X，这是一个 100 pF、250 伏交流(X2 类)、1 kV 直流、C0G/NP0 电容器，容差为 ±5%。 2220YA250102KXTB16是一个 1000 pF ±10 % 250 伏 X7R 电容器。

　　请注意，安装和焊接 FlexiCap 端接电容器的制造要求与具有标准烧结端接的 MLCC 的制造要求相同，因此它们不需要特殊处理。此外，再次参考图 3，可以使用符合 IPC-7351、表面贴装设计和焊盘图案标准的通用要求的焊盘布局来安装 Knowles 片式电容器。除此之外，其他因素已被证明可以减少机械应力，例如将焊盘宽度减小到小于芯片宽度。

　　结论

　　Knowles Syfer Flexicap 符合 AEC-Q200 标准的 MLCC 非常适合 EV 应用，尤其是 800 伏电池系统，在这种情况下，增加测试电压和安全裕度以处理浪涌和瞬态条件是必不可少的。 FlexiCap 终端使电容器能够承受更高水平的机械应力。因此，它们符合 AEC-Q200 标准，为设计人员提供了功能、稳定性和安全认证的独特组合。