用于汽車的高可靠性產(chǎn)品樹(shù)脂電極型電容器、電感器以及片狀磁珠

解決指南用于汽車的高可靠性產(chǎn)品樹(shù)脂電極型電容器、電感器以及片狀磁珠

隨著以自動(dòng)駕駛為目的的汽車多功能化不斷發(fā)展，ADAS的各類ECU耗電量不斷增加，安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)艙等機(jī)構(gòu)部分附近的電子控制單元（ECU）的機(jī)電一體化不斷發(fā)展。為此，一輛汽車中搭載的電子設(shè)備、電子元件呈不斷增加的趨勢(shì)，用于電子設(shè)備中的電子元件可靠性對(duì)汽車整體的可靠性影響越來(lái)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(shè)備的小型化及高功能化發(fā)展，電子元件搭載數(shù)量不斷增加，在嚴(yán)酷環(huán)境下使用的情況也不斷增加，因此對(duì)于電子元件提出了以下3點(diǎn)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(duì)急劇溫度變化及機(jī)械強(qiáng)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(guò)在電容器、電感器以及片狀磁珠中使用樹(shù)脂電極改善連接可靠性的產(chǎn)品。
本章將針對(duì)彎曲裂紋及焊錫裂紋的問(wèn)題，就樹(shù)脂電極的運(yùn)用示例及效果進(jìn)行介紹。

圖1TDK的樹(shù)脂電極產(chǎn)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(hào)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(chǎn)品示例

普通端子產(chǎn)品與樹(shù)脂電極產(chǎn)品端子的不同點(diǎn)

基板彎曲應(yīng)力及熱沖擊會(huì)導(dǎo)致焊錫接合部發(fā)生膨脹及收縮，樹(shù)脂電極產(chǎn)品通過(guò)吸收其產(chǎn)生的應(yīng)力，與普通電極產(chǎn)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(shí)

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

圖2 MLCC普通電極產(chǎn)品與樹(shù)脂電極產(chǎn)品端子的不同點(diǎn)

■為電感器（線圈）及片狀磁珠時(shí)

·普通磁珠端子電極使用了Ag底材層并進(jìn)行了鍍Ni及鍍Sn。而樹(shù)脂電極產(chǎn)品是一種在Ag底材層及鍍Ni層中加入導(dǎo)電性樹(shù)脂層的結(jié)構(gòu)。（圖3）

圖3 電感器（線圈）、片狀磁珠普通電極產(chǎn)品與樹(shù)脂電極產(chǎn)品端子的不同點(diǎn)

運(yùn)用樹(shù)脂電極產(chǎn)品的彎曲裂紋對(duì)策

發(fā)生彎曲裂紋的主要過(guò)程

元件體發(fā)生裂紋的原因中最多是因?yàn)榛宓膹澢鷳?yīng)力。原因包括“焊錫量導(dǎo)致的焊錫應(yīng)力”、“基板分割時(shí)的應(yīng)力”、“制造時(shí)的應(yīng)力”等各種情況。發(fā)生元件體裂紋時(shí)可能會(huì)發(fā)生“短路模式”或“開(kāi)路模式”故障，此時(shí)對(duì)策不可或缺。

圖4 發(fā)生彎曲的主要原因與過(guò)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(shù)脂電極產(chǎn)品在耐基板彎曲性（極限彎曲）試驗(yàn)中與普通電極產(chǎn)品相比擁有2倍以上的彎曲耐性。
普通電極產(chǎn)品中陶瓷元件體內(nèi)發(fā)生裂紋時(shí)，導(dǎo)電性樹(shù)脂電極產(chǎn)品中雖然鍍鎳層開(kāi)始與導(dǎo)電性樹(shù)脂層剝離，但未產(chǎn)生裂紋，因此可以確認(rèn)樹(shù)脂電極產(chǎn)品對(duì)于裂紋擁有抑制效果。
詳情請(qǐng)參照解決指南“MLCC（積層貼片陶瓷片式電容器）的彎曲對(duì)策”。

MLCC（積層貼片陶瓷片式電容器）的彎曲對(duì)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(shù)脂電極產(chǎn)品在耐基板彎曲性（極限彎曲）試驗(yàn)中與普通電極產(chǎn)品相比擁有近2倍的彎曲耐性。
普通電極產(chǎn)品中，即使是4mm的彎曲量也會(huì)發(fā)生裂紋，但樹(shù)脂電極產(chǎn)品中即使是7mm的彎曲，元件體也不會(huì)發(fā)生裂紋。

圖5 彎曲試驗(yàn)結(jié)果

運(yùn)用樹(shù)脂電極產(chǎn)品的焊錫裂紋對(duì)策

焊錫裂紋的主要發(fā)生原因

電子元件中發(fā)生的焊錫裂紋是因?yàn)橹圃斓暮稿a工序及市場(chǎng)中嚴(yán)酷的使用條件等。主要發(fā)生原因?yàn)樵诜磸?fù)溫度變化的環(huán)境下，因產(chǎn)品電極部與基板的熱膨脹系數(shù)之差導(dǎo)致熱應(yīng)力施加于焊錫接合部位后發(fā)生。尤其在汽車內(nèi)，產(chǎn)品周圍很可能發(fā)生急劇的溫度變化（熱沖擊），因此需要注意。同時(shí)，出于環(huán)?？紤]，汽車用電子元件中使用了無(wú)鉛焊錫，從溫度管理及焊錫組成來(lái)看，與以往的共晶焊錫相比，發(fā)生焊錫裂紋的風(fēng)險(xiǎn)更高。

圖6 焊錫裂紋的主要發(fā)生原因

MLCC（積層貼片陶瓷片式電容器）的焊錫裂紋對(duì)策

關(guān)于粘合強(qiáng)度降低率

一般情況下，熱沖擊后的粘合強(qiáng)度會(huì)發(fā)生降低，但TDK的樹(shù)脂電極產(chǎn)品擁有優(yōu)異的耐熱沖擊性。這一特點(diǎn)也可從熱沖擊試驗(yàn)后的數(shù)據(jù)得以確認(rèn)。

■為積層貼片陶瓷片式電容器 （MLCC）時(shí)

·在3000次循環(huán)的熱沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)（-55 to 125℃）中，普通電極產(chǎn)品的粘合強(qiáng)度降低了約90%，而樹(shù)脂電極產(chǎn)品僅降低了約50%。

圖7 MLCC的熱沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)

	試驗(yàn)前	試驗(yàn)后（3000cyc.）
以往產(chǎn)品
樹(shù)脂電極產(chǎn)品

■為電感器（線圈）及片狀磁珠時(shí)

·在2000次循環(huán)的熱沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)（-55 to 150℃）中，普通電極產(chǎn)品的粘合強(qiáng)度降低了約50%，而樹(shù)脂電極產(chǎn)品僅降低了約20%。

圖8 電感器(線圈)、片狀磁珠的熱沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)

	試驗(yàn)前	試驗(yàn)后（2000cyc.）
以往產(chǎn)品
樹(shù)脂電極產(chǎn)品

總結(jié)

電子元件的元件體中發(fā)生裂紋時(shí)會(huì)發(fā)生短路故障或開(kāi)路故障。相同的，與基板的接合部施加應(yīng)力后會(huì)產(chǎn)生“焊錫裂紋”，從而可能引起元件脫落、開(kāi)路故障等。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙或擁有其他熱源的設(shè)備等溫度變化（差）較大的場(chǎng)所中使用時(shí)需要注意。
TDK的樹(shù)脂電極產(chǎn)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(shù)脂電極的電子元件。

審核編輯：彭菁