Wasilios Pitharas, Application Engineer presso Samsung Electro-Mechanics (SEMCO), spiega come la costruzione di uno strato epossidico di rame aggiuntivo, comunemente noto come terminazione morbida, protegge il fondamentale materiale ceramico interno di un MLCC.
Costruzione di un MLCC standard di Classe II per il settore automotive
Gli strati di ceramica vengono solitamente stampati con una pasta di nichel (elettrodo) e quindi impilati uno sopra l'altro. La capacità è determinata dal materiale ceramico, dalla disposizione dell'elettrodo e dal numero di strati. Successivamente, alla terminazione viene aggiunto uno strato di rame, che collega gli elettrodi e garantisce una buona conduttività. Rispetto ad altri produttori, gli MLCC SEMCO sono dotati di un ulteriore strato epossidico in rame, comunemente conosciuto come terminazione morbida. Questo strato aggiuntivo funge da smorzatore per le sollecitazioni meccaniche e protegge la parte in ceramica, più delicata, da eventuali rotture. Infine, come ultimo strato esterno, viene aggiunta una placcatura in nichel-stagno, per evitare l'ossidazione e garantire la saldabilità.
Ridurre al minimo i rischi per la sicurezza
Perché è necessaria questa protezione aggiuntiva sotto forma di terminazione morbida e cosa succede se la ceramica si incrina?
Quando la resistenza d'isolamento tra gli strati della terminazione morbida diminuisce, il materiale ceramico crea un isolante sotto forma di cavità. Tuttavia, può verificarsi un cortocircuito tra due strati opposti. A seconda della tensione applicata, ciò può comportare un'enorme perdita di energia termica, che può distruggere il componente e rendere non funzionante l'intero circuito stampato. Per questo motivo, i produttori del settore automotive creano i propri standard di qualità.
Ad esempio, il gruppo VW ha definito lo standard VW80808, che include la "Strategia failsafe per MLCC". Questa strategia mira a ridurre al minimo il rischio già indicato per la sicurezza stabilendo una linea guida che indica quali prodotti possono essere utilizzati in quali applicazioni.
Se un cortocircuito provoca una perdita di corrente superiore a 2,5 W o se altera in modo significativo la funzione di un sistema [1], è necessario utilizzare la Strategia failsafe. Questo vale in particolare quando la tensione della batteria (terminale 15, 30) viene applicata direttamente al componente.
Lo standard VW offre quattro opzioni per rispettare la Strategia failsafe. Di conseguenza, tutti i tipi di prodotti SEMCO utilizzano uno strato di terminazione morbida e sono conformi allo standard AEC-Q200. L'opzione numero uno può essere utilizzata in qualsiasi sistema elettrico. Le altre opzioni solo sul sistema elettrico a 12 V.
I. Collegamento in serie di due condensatori mutuamente ortogonali
La prima opzione, che può essere utilizzata indipendentemente dalla tensione del sistema elettrico, prevede il posizionamento ortogonale di due condensatori in serie. L'immagine 2 mostra questa configurazione in uno schema circuitale semplificato.
Se uno dei due condensatori è posizionato sfavorevolmente rispetto alla sollecitazione da flessione, la disposizione ortogonale assicura che un condensatore di riserva rimanga intatto. Poiché entrambi i condensatori sono collegati in serie, l'isolamento al potenziale di terra è comunque garantito.
II. Condensatore in serie
Un condensatore in serie o "Flexisafe" utilizza il principio precedentemente illustrato di un collegamento in serie di due condensatori in un unico componente. Gli strati opposti di potenziale diverso non sono disposti direttamente l'uno sopra l'altro, ma sono collegati da uno strato "sospeso".
Tuttavia, in questo caso, la struttura interna limita molto il valore della capacità. Rispetto alla soluzione precedente, il principio del collegamento in serie gioca un ruolo importante, così come avviene per la riduzione dell'area attiva.
III. Condensatore a modalità aperta
Se si forma una crepa nell'area "a rischio" contrassegnata in rosso, è meno probabile che si verifichi un cortocircuito, poiché, a causa degli elettrodi più corti, si verrebbero a toccare solo strati dello stesso potenziale.
IV. Condensatore con terminazione morbida
I vantaggi dell'utilizzo di un condensatore con terminazione morbida includono una maggiore resistenza meccanica e un utilizzo ideale delle dimensioni dei componenti disponibili. Se la struttura degli strati è identica a quella di un componente standard, non vi è alcun divario di prestazioni.
Tutti i condensatori SEMCO di Classe II per il settore automotive hanno una terminazione morbida. Quindi, perché i componenti standard senza terminazione morbida non sono adatti alle applicazioni failsafe? Il motivo è che l'uso di un componente con terminazione morbida è consentito solo all'interno del Gruppo VW e se tale componente è stato testato in base allo standard VW 80808-2 (Appendice A "Certificazione di MLCC con terminazione morbida"). Questo standard prevede l'esecuzione di varie prove di sollecitazione termica e meccanica una di seguito all'altra. I test più difficili sono quello della flessione di 5 mm ("Flessione della scheda") e quello di resistenza all'umidità.
Anche i componenti automotive standard di SEMCO vengono testati in base alla norma VW80808-2, ma con un limite di flessione pari a 3 mm. Si tratta comunque di un limite superiore allo standard di mercato che è di 2 mm per i componenti simili. L'utilizzo per il settore automotive è garantito, ma non per le applicazioni failsafe. Quando si parla di terminazione morbida nel settore, di solito la si associa a una resistenza alla flessione di 5 mm e alla Strategia failsafe. In questo caso, per SEMCO è necessario un approccio diverso. La famiglia di prodotti "PJ" è caratterizzata dalla necessaria resistenza alla flessione di 5 mm. La certificazione in base allo standard VW 80808-2 è stata eseguita in questo caso con criteri regolari.
Per i valori della capacità bassi e medi, strati aggiuntivi dello stesso potenziale sono posti in alto e in basso all'interno del corpo del componente. Nel caso in cui un MLCC si incrini, il rischio di un cortocircuito è estremamente ridotto, il che si traduce in una maggiore stabilità meccanica dell'intero MLCC.
I test della terminazione morbida in base allo standard VW 80808-2 sono stati completati con successo per tutti i componenti SEMCO per il settore automotive promossi attivamente.
Ridimensionamento
La tendenza alla miniaturizzazione supporta ancora di più l'uso dell'opzione con terminazione morbida. Il fattore chiave per ottenere componenti piccoli e sicuri prevede l'utilizzo di terminazioni robuste e di una polvere di ceramica fine, che consente una struttura con strati più sottili.
Domande sui prodotti
Per ricevere ulteriori informazioni sui prodotti menzionati in questo articolo, contattare il Sig. Mokhtar Marzouk all'indirizzo Mokhtar.marzouk@samsung.com.
Fonti:
[1] VW 80808-1: 2015-02, Pagina 9
[2] VW 80808-2, Appendice A "Qualifikation von MLCC mit Softterminierung"
Immagine 1: MLCC standard di Classe II per il settore automotive SEMCO Samsung Electro-Mechanics (SEMCO)
Immagine 2: Configurazione ortogonale di due condensatori automotive standard Samsung Electro-Mechanics (SEMCO)
Immagine 3: Condensatore in serie Samsung Electro-Mechanics (SEMCO)
Immagine 4: Condensatore a modalità aperta Samsung Electro-Mechanics (SEMCO)
Immagine 5: Serie PJ - Flessione di 5 mm Samsung Electro-Mechanics (SEMCO)
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