三星机电 (SEMCO) 是全球被动元件领域的领导者之一，提供广泛的多层陶瓷电容器 (MLCC) 系列。除了传统的电信、工业和消费电子市场外，三星在要求零缺陷的汽车行业也有自己的一片天地。对于这一要求苛刻的行业，SEMCO 提供 AECQ-200 认证的 MLCC，这些 MLCC 已成功通过严格的测试，可集成到车辆的所有部分（信息娱乐、安全气囊、制动系统、传动系统、蓄电池、车身和底盘等）。
多层陶瓷电容器，即 MLCC，采用块状形式，具有特定数量的堆叠陶瓷层。这种结构看似简单，却需要一系列复杂的操作，以及先进的技术和材料，才能满足市场对质量和性能日益严苛的要求。在第一部分，我们将重点介绍 MLCC 制造周期的基本阶段。
创建批次
第一阶段称为批次，包括准备原材料以制造组件。浆料由陶瓷粉、粘结剂和溶剂混合而成。在这一阶段，陶瓷由三星内部生产，以便三星可以完全把控生产过程和质量，同时也使三星能够获得高价值的产能。然后将浆料涂在薄膜上，以获得轻薄而均匀的陶瓷片。金属镍浆形状的内部电极印刷在此陶瓷片上。然后将镍条以这样的方式堆叠，从而获得多层组件。电极按叠加层的数量沉积，且所使用的电介质的类型决定了所制造的组件的电容值。然后对叠层进行切割，以获得所需的芯片形式。经过几个额外的步骤（层压、烧制、滚压）后进行烧结，以确保内外部电极之间的良好导电性。最后，将组件的每个端子浸入铜中，以形成外部电极。
在此之前，MLCC 制造周期或多或少可以说是一种标准工艺。三星与传统方法的工艺区别在于，三星能够保护易碎的陶瓷，避免其断裂，从而为组件提供更多的安全性和可靠性。事实上，所有的组件都要在环氧树脂和铜树脂中进行第二次浸泡。通过应用这一阶段，三星可防止出现机械应力和热冲击造成印刷电路板断裂等潜在风险。最后，为保护组件不被氧化并增强其焊接性，在电容器上镀上镍和锡。
软金属端接 MLCC：所有 SEMCO II 类汽车级 MLCC 的标配：PN 系列
多层陶瓷电容器在印刷电路板 (PCB) 过度弯曲、遭受热冲击或操作不当时，很容易出现裂纹。为应对这种过度弯曲情况，SEMCO 在所有 II 类汽车级 MLCC 的外部端接上涂抹了环氧树脂和铜金属树脂。这种柔性端接可防止机械应力从电路板转移到陶瓷组件，从而减轻弯曲开裂现象。因此，SEMCO 保证其标准 PN 系列 MLCC 的弯曲强度高达 3 毫米。
常规汽车 MLCC，PN 系列
由于电容器储存了大量的能量，内部短路会导致温度大幅上升，从而引发爆炸。这不仅会破坏组件，抹去任何证据来源，还可能损坏周围的组件、电路板、相邻的电路板组件，在极端情况下，还会引起火灾[1]。柔性端接能在多大程度上防止开裂，从而防止短路的发生？车辆中是否有比其他应用更容易出现风险的应用？为了回答这些问题，汽车制造商已经制定了自己的质量和安全标准。在大众集团等汽车制造商制定的标准中，有一项创建大众汽车 VW 80808 标准的综合安全策略，也称之为“故障安全策略”。
故障安全 MLCC
与普通 MLCC 不同的是，软端接 MLCC 通过降低导致电路板严重变形的内部机械应力，来防止芯片内部短路。
然而，标准的汽车级 MLCC，能够保证所需的安全性吗？
SEMCO 保证的弯曲强度 (3mm)，当然符合汽车应用的要求，甚至高于市场上应用的标准（同类产品为 2mm）；但是，它还不足以集成到对安全性要求更为严格的应用中。因此，大众汽车 VW 80808 标准对测试的要求比 AEC-Q200 标准的要求更严格。大众汽车标准还根据所需的安全等级对应用进行了分类。
根据大众汽车 VW 80808 标准，任何可能导致功率损失超过 2.5W 的短路电位，特别是对于直接置于蓄电池电压（15、30 号端子）上的 MLCC，或对于故障情况下可能显著改变系统运行的 MLCC，必须采用安全策略。
第一种方案是将电容器串联并以正交方式放置。无论电气系统的电压值如何，都可以实施该解决方案。该系列电容器通过在一个组件中串联两个电容器来防止短路。因此，在两个组件中的某个组件损坏时，MLCC 可充当备用电容器。
对于 12 V 电压，我们还提出了其他解决方案。这些解决方案仅适用于柔性金属端接。
采用串联结构设计的故障安全功能：XP 系列
遵循与前一种解决方案相同的原理，这种双重安全多层串联电容器的概念也称为浮动或柔性安全电极的概念。组件内部的电极被缩短，并且上面一层的反电极变成浮动电极，端接处没有导电连接。在陶瓷连接区域存在切口的情况下，无法与反电极建立电气连接。因此，切口不会导致电容器短路，而是会导致电容值的变化。由于有效表面积减少，该值在任何情况下都会受到限制。
串行模式设计 MLCC：XP 系列
开放模式设计：WP 系列
WP 系列的设计方式是将内部电极缩短并嵌入元件中。在出现裂纹的情况下，在危险区域只有相同电位的电极才会连接，从而最大限度地降低了短路的可能性。但由于有效面积减小，可用容量相对受限。
开放模式设计 MLCC：WP 系列
5mm 高弯曲强度的软端接 MLCC：PJ 系列
对于安全要求更严格以及风险更高的应用，PJ 系列软端接 MLCC 可保证高达 5 mm 的弯曲强度。
术语“软端接”通常与等于 5 mm 的弯曲力相关。另一方面，SEMCO 区分两个不同的系列，即 PN 系列 (3mm) 和 PJ 系列 (5mm)。
软端接 MLCC，PJ 系列
PJ 系列的 MLCC 必须通过大众汽车 VW 80808 的极端热测试和机械测试 [2]。
除了更好的机械弹性以及可用于高风险应用的能力外，PJ 系列还具有超越 PN 系列的其他优势。对于中小容量值，相同电位的附加层置于顶部和底部。这可降低短路风险，并为整个组件的结构提供更好的机械稳定性。
汽车市场趋势与三星的建议
未来的移动性是电动化、自主化、共享化、互联化且定期更新[3]。这就需要大量的电容器，同时也需要高性能的电容器。为满足所有这些应用，对电子控制单元 (ECU) 的需求日益旺盛。因此，汽车制造商必须在车内同一空间放置越来越多的组件。这样一来，汽车行业的主流趋势是要求使用高电容值的小型电容器。这就需要精确的制造技术，包括生产这类电容器所需的精细陶瓷粉末。三星是市场上为数不多的能够落实这一技术的制造商之一。
因此，三星推崇电容器小型化，不仅是为了应对空间问题，也是因为小型电容器能够与柔性端接结构完美契合。使用精细陶瓷粉末实现更薄的分层结构的难度也会下降。
总之，三星为客户提供产品选择，而 Arrow 则提供查找和销售三星产品的工具。
Mokhtar Marzouk 自 2019 年 6 月起在三星机电担任应用工程师。目前，他是欧洲、中东和非洲地区被动元件的技术和商业开发经理。他还领导欧洲、中东和非洲地区主要一级汽车客户的审批活动。
他拥有德国埃朗根-纽伦堡大学电气工程、电子和信息技术硕士学位。
来源：
[1] Keimasi, M., Azarian, M. H., & Pecht, M. (2007).Isothermal aging effects on flex cracking of multilayer ceramic capacitors with standard and flexible terminations.Microelectronics Reliability, 47(12), 2215‑2225. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2006.12.005
[2] VW 80808-2, appendix A “Qualification of MLCCs with soft termination
[3] Five trends transforming the Automotive Industry, PWC
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