受動部品の世界的リーダーの1つであるSamsung ELECTRO-MECHANICS (SEMCO) は、さまざまな積層セラミック コンデンサ (MLCC) を提供しています。サムスンは、従来の通信、産業、民生用電子機器市場に加えて、欠陥ゼロが求められる自動車業界でも地位を確立しました。SEMCOは、この要求の厳しい業界向けに、厳格なテストに合格し、車両のあらゆる部分 (インフォテインメント、エアバッグ、ブレーキ システム、トランスミッション システム、バッテリー、ボディ、シャーシなど) に統合できるAECQ-200認定のMLCCを提供しています。
多層セラミックコンデンサ（MLCC）は、特定の量のセラミック層が積み重ねられたブロックの形で提供されます。この構造は単純に見えますが、品質と性能に対する市場の要求がますます厳しくなる中で、それに応えるには、一連の複雑な操作と高度な技術と材料が必要になります。この最初の部分では、MLCC製造サイクルの重要な段階に焦点を当てます。
バッチの作成
バッチと呼ばれる第1段階は、コンポーネントを製造するために原材料を準備することです。スラリーはセラミック粉末、バインダー、溶剤を混合したものです。この段階では、セラミックはサムスン社内で製造されています。これにより、サムスンは生産プロセスと品質を完全に管理できるようになります。これにより、サムスンは高価値な容量を獲得することも可能になります。次に、スラリーをフィルム上に塗布して、薄く均一なセラミックシートを得ます。このセラミックシート上に金属ニッケルペースト形状の内部電極が印刷されています。次に、ニッケルストリップを積み重ねて、多層コンポーネントを取得します。電極は重ね合わせた層の数によって堆積され、使用される誘電体の種類によって、製造されるコンポーネントの静電容量の値が決まります。次に、積層された層を切断して、目的のチップ形状を得ます。いくつかの追加ステップ（ラミネート、焼成、タンブリング）を経て、 内部電極と外部電極間の良好な導電性を確保するために焼結が施されています。最後に、部品の各端子を銅に浸して外部電極を形成する。。
それまでは、MLCCの製造サイクルは、多かれ少なかれ標準的なプロセスとして説明されます。サムスンと従来の方法のプロセスの違いは、サムスンでは壊れやすいセラミックを破損のリスクから保護することで、コンポーネントの安全性と信頼性を高めていることです。実際、すべてのコンポーネントはエポキシと銅樹脂に2度浸されています。サムスンは、このフェーズを適用することで、プリント基板上の機械的ストレスや熱衝撃による破損などの潜在的なリスクを防止しています。最後に、部品を酸化から保護し、溶接性を高めるために、コンデンサにニッケルとスズのメッキが施されます。
ソフトメタル端子MLCC：すべてのSEMCOクラスII車載グレードMLCCの標準： PNシリーズ
多層セラミックコンデンサは、プリント基板 (PCB) が過度に曲げられたり、熱衝撃を受けたり、取り扱いが不適切な場合、割れが発生しやすくなります。この過度の曲げに対処するために、SEMCOは、すべてのクラスII自動車グレードMLCCの外部端子にエポキシと銅金属樹脂を塗布します。この柔軟な終端により、基板からセラミック部品への機械的応力の伝達が防止され、曲げによる亀裂が軽減されます。したがって、SEMCOは標準PNシリーズMLCCに対して最大3 mmの曲げ強度を保証します。
一般自動車用MLCC、PNシリーズ
コンデンサには大量のエネルギーが蓄えられているため、内部短絡が発生すると温度が急上昇し、爆発につながる可能性があります。これにより、コンポーネントが破壊され、証拠が消去されるだけでなく、周囲のコンポーネント、回路基板、隣接する回路基板アセンブリが損傷し、極端な場合には火災が発生することもあります[1]。フレキシブル終端は、ひび割れやショートの発生をどの程度防ぐことができますか?車両には、他のアプリケーションよりもリスクが起こりやすいアプリケーションはありますか?これらの質問に答えるために、自動車メーカーは独自の品質および安全基準を作成しました。フォルクスワーゲン グループなどの自動車メーカーが開発した標準規格の中には、VW 80808標準を作成することによって「フェイルセーフ戦略」とも呼ばれる統合セキュリティ戦略があります。
フェイルセーフMLCC
通常のMLCCとは異なり、ソフト終端MLCCは、回路基板の重大な変形を引き起こす内部の機械的ストレスを軽減することで、チップ内部の短絡を防止します。
しかし、標準的な自動車グレードのMLCCは、必要な安全性を保証できるのでしょうか?
SEMCOが保証する曲げ強度 (3 mm) は、自動車用途の要件を確実に満たしており、市場で適用されている標準 (同等製品の2 mm) よりもさらに高くなっています。ただし、より厳格な安全性が求められる用途に組み込むには不十分です。そのため、VW 80808規格では、AEC-Q200規格で要求されるテストよりも厳しいテストが要求されます。VW標準では、必要なセキュリティの程度によってアプリケーションも分類します。
VW 80808規格によれば、特にバッテリー電圧 (端子15、30) に直接配置されたMLCCや、故障時にシステムの動作を大幅に変更する可能性があるMLCCの場合、2.5 Wを超える電力損失を引き起こす可能性のある短絡の可能性がある場合は、セキュリティ ポリシーを適用する必要があります。
最初のオプションは、コンデンサを直列かつ直交的に配置することです。このソリューションは、電気システムの電圧の値に関係なく実装できます。このシリーズのコンデンサは、1つのコンポーネントに2つのコンデンサを直列に配置することで短絡を防ぎます。その結果、MLCCは2つのコンポーネントのうちの1つが損傷した場合のバックアップ コンデンサとして機能します。
12 Vの電圧に関しては、他の解決策が提案されています。これらのソリューションは、フレキシブル メタル終端にのみ適用できます。
シリーズ構造設計によるフェイルセーフ機能: XPシリーズ
前のソリューションと同じ原理に従い、この二重セキュリティ多層直列コンデンサの概念は、フローティング電極またはフレキシセーフ電極の概念とも呼ばれます。コンポーネント内の電極は短縮され、上層の対電極は終端で導電接続のないフローティング電極になります。セラミック接続領域に切れ目がある場合、対電極への電気接続を確立できません。したがって、切断によってコンデンサが短絡することはなく、代わりに静電容量値が変化します。この値は、アクティブ表面の減少により、いずれにしても制限されたままです。
シリーズモード設計MLCC: XPシリーズ
オープンモード設計: WPシリーズ
WPシリーズは、内部電極を短縮してコンポーネントに埋め込むように設計されています。亀裂が発生した場合、危険ゾーンでは同じ電位の電極のみが接続されるため、短絡の可能性が最小限に抑えられます。しかし、アクティブエリアが縮小されるため、利用可能な容量は比較的制限されます。
オープンモード設計MLCC: WPシリーズ
より高い曲げ強度を備えたSoftterm MLCC 5mm: PJシリーズ
さらに厳格な安全性が要求され、リスクが高いアプリケーションでは、PJシリーズのソフト端子MLCCが最大5 mmの曲げ強度を保証します。
「ソフト終端」という用語は、通常、5 mmに相当する曲げ力に関連付けられます。一方、SEMCOでは、PNシリーズ (3 mm) とPJシリーズ (5 mm) という2つの異なるシリーズを区別しています。
ソフト終端MLCC、 PJシリーズ
PJシリーズのMLCCは、VW 80808 [2]の極端な熱および機械テストに合格する必要があります。
PJシリーズには、優れた機械的弾力性と高リスク用途での使用能力に加えて、PNシリーズに比べて他の利点もあります。容量値が小さい場合と中程度の場合には、同じ電位の追加レイヤーが上部と下部に配置されます。これにより、短絡のリスクが低減し、コンポーネント全体の構造の機械的安定性が向上します。
自動車市場の動向とサムスンの推奨
将来のモビリティは電動化、自律化、共有化、接続化され、定期的に更新されるものとなる[3]。これには非常に多くのコンデンサが必要であり、同時に高性能のコンデンサも求められます。これらすべてのアプリケーションを満たすには、特に、ますます増加する電子制御ユニット (ECU) が必要です。そのため、自動車メーカーは車内の同じスペースにますます多くの部品を配置する必要があります。したがって、自動車業界では、高容量値を持つ小型コンデンサが求められる傾向にあります。これには、このタイプのコンデンサに必要な微細セラミック粉末の製造を含む、製造技術に関する正確なノウハウが必要です。サムスンは、この技術を実行できる市場で数少ないメーカーの1つです。
そのため、Samsungは、スペースの問題に対処するためだけでなく、小型コンデンサが柔軟な終端構造に完全に適合するため、コンデンサの小型化を推奨しています。微細セラミック粉末を使用すると、より薄い層構造を実現することがより容易になります。
一般的に、Samsungは顧客の製品選択をサポートし、ArrowはSamsung製品の検索と販売のためのツールを提供します。
Mokhtar Marzouk: 2019年6月からSamsung ELECTRO-MECHANICSのアプリケーション エンジニア。現在は、EMEA地域の受動部品の技術および商業開発マネージャーを務めています。また、EMEAの主要な自動車Tier1顧客における承認活動も主導しています。
彼はドイツのエアランゲン・ニュルンベルク大学で電気工学、電子工学、情報技術の修士号を取得しています。
出典:
[1] Keimasi, M.、Azarian, MH、およびPecht, M. (2007)。標準端子とフレキシブル端子を備えた積層セラミックコンデンサの屈曲割れに対する等温老化の影響。マイクロエレクトロニクス信頼性、47(12)、2215‑2225。 https://doi.org/10.1016/j.microrel.2006.12.005
[2] VW 80808-2、付録A「ソフト端子付きMLCCの認定
[3] 自動車産業を変革する5つのトレンド、PWC
関連商品を見る
関連商品を見る
関連商品を見る
関連商品を見る
関連商品を見る