電動車採用撓性端子積層陶瓷電容，可確保安全、可靠的充電

車輛中的電子產品數量快速增加，產業轉向聚焦於感測器、引擎控制單元 (ECU)、導航、車內連接、音訊，還有先進駕駛輔助系統 (ADAS)。隨著電動車 (EV) 成為主流，能夠承受 800 V 以上電壓，同時滿足嚴格環境要求的高電壓、高可靠性電子元件就非常重要。這種需求小至電容等級。

汽車設計人員在選擇電容時，除了須符合 AEC-Q200 等抗應力標準，還需要根據實際應用，考量許多物理和電氣特性。回授迴路需要具有緊密容差和穩定溫度係數的電容。在高頻應用中，等效串聯電感 (ESL) 必須很低。在電源應用中，如果預期會有高漣波電流，則需要具有低等效串聯電阻 (ESR) 的零件。電動車也強調達到最小尺寸和重量。

為了滿足這些要求，市面上已有符合多項國際安全規範和認證 (包括 AEC-Q200) 的安全認證表面黏著積層陶瓷電容 (MLCC)。

本文介紹積層陶瓷電容的結構以及電動車對其要求。接著，說明積層陶瓷電容的固有尺寸、體積效率以及其他特性 (如 FlexiCap 端子和高耐壓) 如何有助於滿足物理和電氣要求。提供 Knowles Syfer 的實例。

積層陶瓷電容的結構

積層陶瓷電容是表面黏著電容，由幾個獨立電容元件垂直堆疊，並以終端端子並聯連接。因此稱為「積層」 (圖 1)。

圖 1：積層陶瓷電容結構的截面圖，顯示堆疊在一個共同封裝中的多個電容層。(圖片來源：Knowles Syfer)

積層陶瓷電容使用交替極性的電極，與陶瓷介電質層交替堆疊，以的篩選 (screening) 流程建構。這種方式可以建立非常多層。將多個正電極 (+) 和負電極 (-) 對並聯連接，可在相當小的封裝中提供大電容值。

電極為金屬，並具有高導電性。製造過程中，要求電極不發生化學反應並具有高熔點。為此，Knowles Syfer 的積層陶瓷電容的電極採用銀和鈀的組合。

介電質還必須是良好的絕緣體。介電質的相對介電常數 (e_r) 決定特定組件幾何形狀可達到的電容。例如，Knowles Syfer 的增強型安規表面黏著積層陶瓷電容提供兩種等級的陶瓷介電質。第一種是 C0G/NP0，是 EIA Class 1 介電質，其介電常數介於 20 和 100 之間，相對於此，真空介電常數的 e_r 為 0。第二種是 X7R，是 EIA Class 2 介電質，e_r 介於 2000 和 3000 之間。作為對比，雲母的 e_r 為 5.4、塑膠薄膜為 3。因此，在給定的電容值之下，陶瓷電容會較小。介電質的選擇會影響電容對於溫度、施加電壓、時間的穩定性。一般來說，e_r 越高，電容值越不穩定。

EIA 將 Class 2 介電質以字母數字分類。第一個字母表示最低溫度，數字表示最高溫度，最後一個字母表示電容容差。將 X7R 介電質解碼：最低溫度為 -55°C，最高溫度為 +125°C，電容容差為 ±15%。C0G 等 Class 1 介電質具有類似的編碼。第一個字元是字母，代表電容隨溫度變化的有效數字，單位為百萬分之一攝氏度 (ppm/°C)。例如，C0G 介電質的 C 是表示溫度穩定性的零 ppm/°C 有效數字。第二個數字是溫度穩定性的乘數。0 表示 10^-1 的乘數。最後一個字母 G 定義 ±30 ppm 的電容誤差。

Class 1 介電質提供更高的精密度和穩定性，同時表現出較低的耗損。Class 2 介電質較不穩定，但體積效率更高，因此每單位體積的電容更大。因此，值較高的 MLCC 電容通常使用 Class 2 介電質。Knowles Syfer 增強型安規積層陶瓷電容具有 4.7 pF 至 56 nF 的高電容範圍，實際取決於介電質的選擇和高達 305 VAC 的額定值。

積層陶瓷電容的電容與電極的重疊面積以及陶瓷介電質的 e_r 成正比。電容與介電質厚度成反比，額定電壓則與其成正比。因此，在電容、額定電壓和電容的實體尺寸之間需權衡。

電動車用積層陶瓷電容

積層陶瓷電容具有相對較低的等效串聯電感和等效串聯電阻，因此更適合高頻應用，且由於有多種介電質可選，能根據應用最佳化電容值和容差範圍。這些是表面黏著組件，採用非常高體積效率的封裝，有助於解決電動車的空間限制問題。與鋁電解電容和鉭電容相比，還具有很高的抗電壓暫態能力。

雖然積層陶瓷電容廣泛使用，但若因振動或衝擊產生機械應力，可能會破裂。裂縫會使元件因潮濕污染而降額。Knowles Syfer 的設計人員藉由創造 FlexiCap 端子來解決這個問題，此端子可以提高對組件彎曲的耐受性 (圖 2)。

圖 2：FlexiCap 設計在一般端蓋屏障下方使用自行研發的撓性環氧樹脂端子底座，可提供更大的耐受力，防止因電路板彎曲造成損害。(圖片來源：Knowles Syfer)

FlexiCap 中使用的撓性端子基座應用在電極上。這是一種載銀環氧樹脂材料，使用傳統端接技術應用，再經過熱固化。此材料具有撓性，可吸收電路板和安裝的陶瓷積層電容之間的一些機械應力。

因此，與燒結端接組件相比，採用 FlexiCap 端接的組件可承受更大程度的機械應變。FlexiCap 還提供增強保護，可在溫度快速變化的應用中防止機械性破裂。對於電動車設計人員而言，在處理使用中的電路板時，提供更大的彎曲容差，能轉化為更高的產量和更少的現場故障。

Knowles Syfer 安規電容通過 AEC-Q200 認證，這對電動車也很重要。AEC-Q200 認證的零件必須通過一套嚴格的應力測試，項目包括溫度、熱衝擊、防潮性、尺寸容差、耐溶劑性、機械衝擊、振動、靜電放電、可焊性和電路板彎曲等。

在電氣方面，安規系列電容可耐受 4 kV_DC 和 3 kV_RMS 的高介電耐受電壓 (DWV)。這些是電動車 800 V 充電系統的關鍵特性，此類系統需經過多種測試並具備寬廣的安全餘裕。

電動車用陶瓷積層電容實例

Knowles Syfer 的增強型安規系列的各種電容均具有 Flexicap 端子並通過 AEC-Q200 認證，因此非常適合電動車應用。例如，1808JA250101JKTSYX 是 100 pF C0G/NP0 電容，針對 Class Y2 (線對地) 應用的額定電壓為 250 VAC；Class X1 (線對線) 應用的額定電壓為 305 VAC，容差為 ±5%。納入 1808 封裝，尺寸為 0.195 x 0.079 in，即 4.95 x 2.00 mm (圖 3)。

圖 3：1808JA250101JKTSYX 積層陶瓷電容的實體尺寸 (左) 及建議的焊墊佈局 (右)。(圖片來源：Knowles Syfer)

Knowles Syfer 的 1812Y2K00103KST 是典型的 X7R 電容，是 10000 pF、±10%、2 kV 元件，採用 1812 封裝，尺寸為 4.5 x 3.2 x 2.5 mm。1808JA250101JKTSYX 和 1812Y2K00103KST 兩款電容的額定溫度範圍均為 -55°C 至 +125°C。此產品系列提供 1808、1812、2211、2215、2220 外殼尺寸，實際取決於使用的​​介電質、電容值、額定電壓。

其他例子包含 Knowles Syfer 的 1808JA250101JKTS2X，是 100 pF、250 VAC (Class X2)、1 kVDC、C0G/NP0 電容，具有 ±5% 的電容容差。2220YA250102KXTB16 是 1000 pF、±10%、250 V X7R 電容。

請注意，安裝和焊接 FlexiCap 端子電容與標準燒結端接陶瓷積層電容的要求相同，因此不需要特殊處理。此外，再次參考圖 3，可以使用符合 IPC-7351、表面黏著設計和焊盤圖案一般標準的焊墊佈局來安裝 Knowles 晶片電容。除此之外，還有其他因素已證明可以減少機械應力，例如將焊墊寬度縮小到比晶片寬度小。

結論

Knowles Syfer 的 Flexicap 是通過 AEC-Q200 標準的積層陶瓷電容，非常適合電動車應用，尤其是 800 V 電池系統。此類系統必須增加測試電壓和安全餘裕，以處理突波和暫態狀態。FlexiCap 端子讓電容能夠承受更大程度的機械應力，且符合 AEC-Q200，因此可為設計人員提供能力、穩定性和安全認證的獨特組合。