Wasilios Pitharas, ingeniero de aplicaciones de Samsung Electro-Mechanics (SEMCO), analiza cómo la construcción de una capa adicional de epoxi de cobre, con frecuencia conocida como terminación blanda, protege el material cerámico interior vital de un MLCC.
Construcción de un MLCC estándar de Clase II para automóviles
Las capas de cerámica suelen imprimirse con una pasta de níquel (electrodo) y luego se apilan unas sobre otra. La capacitancia viene determinada por el material cerámico, la disposición de los electrodos y el número de capas. A continuación, se agrega una capa de cobre a la terminación, que conecta los electrodos y garantiza una buena conductividad. En comparación con otros fabricantes, los MLCC de SEMCO añaden una capa adicional de epoxi de cobre, habitualmente conocida como terminación blanda. Esta capa adicional actúa como búfer de la tensión mecánica y protege la cerámica más sensible contra la rotura. Por último, se añade un enchapado de estaño de níquel como última capa externa para evitar la oxidación y asegurar la soldabilidad.
Minimizar el riesgo de seguridad
¿Por qué es necesaria la protección adicional con terminación blanda y qué ocurre si la cerámica se agrieta?
Al disminuir la resistencia de aislamiento entre las capas de terminación blanda, el material cerámico crea un aislante como vacío. Pero puede producirse un cortocircuito entre dos capas opuestas. En función de la tensión aplicada, esto puede provocar una inmensa pérdida de potencia térmica, que puede destruir el componente y dejar inoperante toda la placa de circuito. Por este motivo, los fabricantes de automóviles crean sus propios estándares de calidad.
Por ejemplo, el Grupo VW definió el estándar VW80808, que incluye la “estrategia de mecanismos de seguridad de MLCC”. Esta estrategia pretende minimizar el mencionado riesgo de seguridad al establecer una guía de qué productos pueden utilizarse en qué aplicaciones.
Si un cortocircuito provoca una pérdida de potencia superior a 2,5 W, o si perjudica, de manera significativa, el funcionamiento de un sistema [1], debe utilizarse la estrategia de mecanismos de seguridad. Esto ocurre en particular cuando la tensión de la batería (terminal 15, 30) se aplica de forma directa al componente.
El estándar de VW ofrece cuatro opciones para mantener la estrategia de mecanismos de seguridad. De estos, todos los tipos de productos de SEMCO utilizan una capa de terminación blanda y reúnen los requisitos según el estándar AEC-Q200. La opción número uno puede utilizarse en cualquier sistema eléctrico. Las otras opciones se limitan al sistema eléctrico de 12 V.
I. Conexión en serie de dos capacitores mutuamente ortogonales
La primera opción que puede utilizarse, independientemente de la tensión del sistema eléctrico, es la colocación ortogonal de dos capacitores en serie. La imagen 2 muestra esta configuración en un diagrama de circuito simplificado.
Si uno de los dos capacitores está situado de forma desfavorable en relación a los esfuerzos de flexión, la disposición ortogonal garantiza que un capacitor de reserva permanezca intacto. Como ambos capacitores están conectados en serie, el aislamiento a la potencia de conexión a tierra se sigue dando.
II. Capacitor en serie
Un capacitor en serie o “flexiseguro” utiliza el principio demostrado con anterioridad, de una conexión en serie de dos capacitores en un solo componente. Las capas opuestas de diferente potencial no se encuentran situadas justo una encima de la otra. Una capa “flotante” las conecta.
Sin embargo, la estructura interna de manera extrema limita el valor de capacitancia. En comparación con la solución anterior, el principio de conexión en serie desempeña un papel importante, así como la reducción del área activa.
III. Capacitor de modo abierto
Si se produjera una grieta en la zona marcada en rojo como “de riesgo”, es menos probable que acabe en un cortocircuito, ya que solo se tocarían las capas del mismo potencial, debido a que los electrodos son más cortos.
IV. Capacitor con terminación blanda
Las ventajas de utilizar un capacitor con terminación blanda incluyen una mayor resistencia mecánica y una utilización ideal de las dimensiones de los componentes disponibles. Si la estructura de las capas es idéntica a la de un componente estándar, no hay diferencia de rendimiento.
Todos los capacitores SEMCO de automóviles de Clase II tienen terminación blanda. Entonces, ¿por qué los componentes estándar sin terminación blanda no son adecuados en aplicaciones de seguridad? Esto se debe a que el uso de un componente con terminación blanda solo se permite en el Grupo VW, y si se ha probado de acuerdo con el estándar VW 80808-2 (Apéndice A “Calificación de MLCC con terminación blanda”). Esta norma exige la realización de varias pruebas de estrés térmico y mecánico seguidas. Las pruebas más críticas son la de flexión de 5 mm (“placa flexible”) y la de resistencia a la humedad.
Los componentes estándar para automóviles de SEMCO también se prueban de acuerdo con la norma VW80808-2, pero con un límite de flexión de 3 mm. Esto está por sobre el estándar del mercado de 2 mm para componentes comparables. El uso para el sector automotriz está garantizado, pero no para aplicaciones a prueba de fallas. Cuando se habla de terminación blanda en el mercado, se suele asociar con la resistencia a la flexión de 5 mm y la estrategia a prueba de fallos. Aquí hay que hacer un planteamiento diferenciado para SEMCO. La familia de productos “PJ” cubre la resistencia a la flexión de 5 mm que se requiere. La clasificación según la norma VW 80808-2 se realizó aquí con los criterios habituales.
Para valores de capacitancia bajos y medios, se instalan capas adicionales del mismo potencial en la parte superior e inferior dentro del conjunto del componente. En el caso de que un MLCC se agriete, el riesgo de que se produzca un cortocircuito se reduce de manera extrema, lo que se traduce en una mayor estabilidad mecánica del MLCC completo.
Las pruebas de terminación blanda según la norma VW 80808-2 se completaron con éxito para todos los componentes automotrices de SEMCO que se promocionan de manera activa.
Reducción de tamaño
La tendencia a la miniaturización (reducción de tamaño) apoya aún más el uso de la opción de terminación blanda. La clave de los componentes pequeños y seguros es tanto una terminación robusta como un polvo cerámico fino, que permite una estructura de capas más fina.
Preguntas sobre el producto
Si desea obtener más información sobre cualquier producto mencionado en este artículo, póngase en contacto con el Sr. Mokhtar Marzouk al correo electrónico: mokhtar.marzouk@samsung.com.
Fuentes:
[1] VW 80808-1: 2015-02, página 9
[2] VW 80808-2, Apéndice A “Qualifikation von MLCC mit Softterminierung”
Imagen 1: MLCC de SEMCO estándar de Clase II para automóviles Samsung Electro-Mechanics (SEMCO)
Imagen 2: configuración ortogonal de dos capacitores estándar para automóviles Samsung Electro-Mechanics (SEMCO)
Imagen 3: capacitor en serie Samsung Electro-Mechanics (SEMCO)
Imagen 4: capacitor de modo abierto Samsung Electro-Mechanics (SEMCO)
Imagen 5: serie PJ, flexión de 5 mm Samsung Electro-Mechanics (SEMCO)
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