電動車採用可靈活端接的 800 V 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，產業聚焦於感測器、引擎控制單元 (ECU)、導航、車內連接、音訊，當然還有先進駕駛輔助系統 (ADAS)。隨著電動汽車 (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。這種需求也包括電容等級，必須滿足 AEC-Q200 等標準。

幸好，組件製造商很清楚這些要求。例如，Knowles Syfer 經安全認證的表面黏著積層陶瓷電容 (MLCC) 產品線的電容符合多項國際安全規範和認證 (包括 AEC-Q200)。還推出更薄、佔用更少電路板空間的組件，對於空間受限的應用而言是一項關鍵特點。此外，電容的 FlexiCap 端子降低在電路板上因振動和衝擊造成機械破裂的風險，因此非常適合電動車應用。讓我們深入瞭解 MLCC 技術的優勢。

MLCC 的結構

MLCC 是表面黏著電容，由許多垂直堆疊的獨立電容元件構成，並由末端端子並聯連接 (圖 1)。

圖 1：MLCC 結構的橫截面圖，顯示多個電容堆疊在一個共同封裝中。(圖片來源：Knowles Syfer)

多個電極 + 和 - 對並聯，允許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 MLCC 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。Knowles Syfer 的 MLCC 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，其相對介電常數介於 20 和 100 之間，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。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，還表現出較低的耗損。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 增強型安全認證 MLCC 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。讓我們看看一些典型的 MLCC 組件。

MLCC 實例

Knowles Syfer 的 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。此電容的容差為 ±5%。納入 1808 封裝，尺寸為 4.95 x 2 x 1.5 mm。Knowles Syfer 的 2220JA250103KXTB17 是典型的 X7R 電容，這是一種 10000 pF ±10% 250 V 的元件，採用 2220 封裝，尺寸為 5.7 x 5 x 2.5 mm。兩種電容的額定溫度範圍均為 -55°C 至 +125°C。該產品系列提供 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。

雖然 MLCC 廣泛用於電子電路，但必須考量到它們易碎，且若有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 的設計人員藉由打造 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。這種是一種載銀環氧樹脂材料，使用傳統端接技術應用，然後進行熱固化。此材料具有撓性，可吸收電路板和安裝的 MLCC 之間的一些機械應力。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。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，讓使用者受益。

Knowles Syfer 的 1808JA250101JKTS2X 是一款 FlexiCap、100 pF、250 VAC (Class X2)、1 kVDC、C0G/NP0 電容，具有 ±5% 的電容容差。請注意，實體尺寸與前面引用的 100 pF MLCC 相同：FlexiCap 對電容尺寸沒有影響。Knowles Syfer 的 2220YA250102KXTB16 是 1000 pF ±10% 250 V X7R 電容，還包含 FlexiCap 端子。安裝和焊接 FlexiCap 端接電容的製造要求與標準燒結端接 MLCC 的製造要求相同，因此不需要特殊處理。

為什麼 MLCC 適用於電動車

含 FlexiCap 的 MLCC 非常適合電路板易受電氣暫態、衝擊、振動、寬溫度範圍影響的電動車環境。Knowles Syfer 電容值的完整範圍均符合 AEC-Q200 汽車認證。如果零件通過標準的一系列嚴格壓力測試，則可視為「符合 AEC-Q200 標準」。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。

結論

Knowles Syfer 符合 AEC-Q200 標準的 MLCC 非常適合電動車應用，尤其是 800 V 電池系統，必須增加測試電壓和安全餘裕。因此，可為設計人員提供功能、穩定性和安全認證的獨特組合。