Industria auto este renumită pentru standardele sale riguroase de testare. Doar componentele electronice de cea mai înaltă calitate sunt apte să îndeplinească cerințele acestor teste exigente, care au loc adesea în condiții de mediu extrem de dure. Testul de rouă (dew test) din industria automobilelor, este un exemplu concret, o examinare a integrității care evidențiază sistemele electronice echipate cu MLCC-uri (condensatoare ceramice multistrat) cu terminale din argint-epoxidic, capabile să absoarbă stresul mecanic. Pentru a se asigura că MLCC-urile trec testul de rouă extrem de exigent, este necesar ca inginerii proiectanți să adopte o strategie MLCC mai inteligentă. Samsung Electro-Mechanics Co (SEMCO) are soluția optimă – și aceasta implică o variantă complet nouă de terminale flexibile (soft termination).
Terminalele flexibile îmbunătățesc robustețea mecanică a MLCC-urilor fragile din clasa II utilizate pe scară largă în electronica auto. Fragilitatea este o caracteristică inerentă a materialelor ceramice, ceea ce face ca MLCC-urile din industria automobilelor să fie mai predispuse la solicitări mecanice decât majoritatea celorlalte componente PCB montate la suprafață.
Permițând o anumită “rezistență la încovoiere” în cazul flexării plăcii de circuit, aceste terminale previn rezultate nedorite, cum ar fi fisurarea și/sau scurtcircuitele. Materialul convențional ales pentru terminalele flexibile este argint-epoxid. Cu toate acestea, există o problemă atunci când vine vorba de anumite teste auto. În special, producătorii OEM solicită furnizorilor de sisteme electronice să treacă un test de rouă. Umiditatea ridicată a acestui test poate duce la o migrare între terminalele MLCC-urilor. Chiar dacă și alte metale pot migra, argintul creează cele mai multe probleme deoarece migrează cel mai rapid.
Forța dispozitivelor adecvate
Mediile cu umiditate ridicată prezintă un pericol deosebit pentru o mulțime de aplicații electronice care includ diverse componente destinate sistemului de propulsie. Invertorul principal, de exemplu, utilizează direct energia bateriei de înaltă tensiune prin intermediul unui MLCC DC-Link. Alte sisteme de propulsie care pot fi respinse la testele de rouă, în cazul în care nu sunt utilizate MLCC-uri adecvate, sunt încărcătoarele de bord, sistemele de gestionare a bateriilor, convertoarele DC-DC, unitățile de control al transmisiei (TCU – Transmission Control Units) și unitățile de control electronic (ECU – Electronic Control Units). Într-adevăr, problema se poate pune pentru toate unitățile electronice care nu sunt protejate, adică majoritatea.
Umiditatea reprezintă cea mai mare preocupare pentru dispozitivele MLCC care au o sarcină redusă de curent alternativ (și, prin urmare, rămân reci), dar au o sarcină constantă de curent continuu. În circuitele de înaltă tensiune, problema poate deveni din ce în ce mai importantă pe măsură ce tensiunile mai mari cresc forța de migrare.
Sistemul de propulsie este doar vârful aisbergului în ceea ce privește sistemele care sunt vulnerabile la condens. Sistemele electronice ale șasiului și ale caroseriei, cum ar fi unitatea de control a airbagurilor (ACU), servodirecția electrică (EPS) și HVAC (încălzire, ventilație și aer condiționat), necesită, toate, o analiză atentă atunci când se specifică un MLCC.
Alte exemple sunt evidente în aplicațiile ADAS (sistem avansat de asistență a șoferului), cum ar fi controlul inteligent al vitezei de croazieră (SCC – Smart Cruise Control), detectarea și măsurarea luminii, sistemul de vedere pe timp de noapte și unitatea de control autonom.
Tehnologie inovatoare
Operarea eficientă a acestor sisteme avansate se bazează pe o combinație de MLCC-uri de uz general, de tensiune medie/înaltă, pentru temperaturi ridicate și protecție ESD care dispun de terminale flexibile.
Pentru a explica de ce, luați în considerare standardul Volkswagen VW80000, care stabilește cerințele generale, condițiile de testare și procedurile de testare pentru componentele electrice și electronice ale autovehiculelor. Testul K-15 specificat în standardul VW8000 simulează condensul pe modulele electronice pentru a evalua robustețea acestora.
Testul K-15 al Volkswagen definește o umiditate relativă a aerului de 100% în timpul fazei de condensare, în timp ce durata testului este de 32,5 ore (cinci cicluri a câte 6,5 ore fiecare). Acest mediu solicitant are ca rezultat picături de apă care se condensează pe componente, în special pe cele care nu se confruntă cu nicio sarcină. Un bun exemplu este un MLCC care stabilizează o tensiune cu un curent de riplu redus, unul dintre cele mai frecvente cazuri de utilizare a MLCC-urilor.
Umiditatea ridicată și picăturile de apă accelerează migrarea între terminale cu potențial diferit. Răspunsul, în mod clar, este eradicarea cât mai mult posibil a conținutului de argint al terminației pentru a evita migrarea rapidă. Deși alte metale pot migra (și migrează), rata de migrare este suficient de lentă pentru a respecta cerințele testelor de rouă stabilite de industria auto.
SEMCO a trecut de la argint-epoxid la cupru-epoxid pentru terminalele sale flexibile în urmă cu mai mult de 10 ani și continuă să își mărească gama în capacitanțe ridicate, tensiune ridicată, dimensiuni reduse și carcase mai mari, pe care le oferă în noile MLCC-uri destinate automobilelor care urmează să fie lansate.
Toate MLCC-urile auto de clasa II ale companiei sunt disponibile astăzi cu metal-epoxid pentru a preveni migrarea argintului. De fapt, SEMCO este singurul furnizor care oferă cupru-epoxid în gama sa de componente auto cu rezistență ridicată la îndoire cu scopul de a evita migrarea argintului. Începând cu anul 2023, toate MLCC-urile SEMCO noi pentru industria auto dispun de tehnologia cupru-epoxid. Alți furnizori oferă MLCC-uri speciale cu un strat de protecție împotriva migrării, dar la un cost mai mare.
Alte probleme rezolvate
Pe lângă eliminarea problemelor legate de migrarea argintului și simplificarea trecerii testelor de rouă din industria auto, care ar fi altfel dificile, condensatoarele cu terminale flexibile (sau failsafe/soft) oferă o rezistență remarcabilă la încovoiere pentru a ajuta la prevenirea atenuării fisurilor în zonele vulnerabile, cum ar fi pe linia bateriei de 12 V în apropierea găurilor de montare și a conectorului.
Unul dintre cele mai răspândite motive din spatele defecțiunilor MLCC este fisurarea. Printre principalele cauze ale acestui efect nedorit se numără separarea PCB-ului în module unice prin rupere (îndoire), înșurubarea PCB-ului în carcasă și existența MLCC-ului prea aproape de șuruburile de fixare.
În funcție de gravitate, fisurile ar putea să nu provoace defectarea MLCC-ului în timpul testelor finale de asamblare, ceea ce reprezintă o problemă majoră pentru producătorii de sisteme electronice montate la bordul vehiculelor. În timp, pătrunderea umezelii în fisură poate provoca o reducere a rezistenței de izolare și, eventual, o defecțiune dielectrică. Rezultatul este defectarea condensatorului în exploatare, ceea ce duce la costuri potențiale de garanție și la pierderea reputației.
Un alt mod de defectare favorizat de fisuri este un scurtcircuit potențial. Acest rezultat poate nu numai să distrugă MLCC-ul, ci și să deterioreze componentele din jur, PCB-ul și ansamblurile de plăci de circuite adiacente.
În altă ordine de idei
Adoptarea soluțiilor MLCC cu noua variantă de terminale flexibile SEMCO înseamnă că producătorii de sisteme electronice auto beneficiază atât de o migrare mult mai redusă a metalelor, cât și de robustețea terminalelor, eliminând, practic, un criteriu de proiectare contradictoriu.
Varianta de terminale flexibile din cupru-epoxid de la SEMCO din gama sa de MLCC-uri auto cu rezistență ridicată la încovoiere nu prezintă o migrare a argintului în timpul testelor de rouă din industria auto. În plus, MLCC-urile SEMCO oferă o rezistență ridicată la încovoiere de până la 5 mm în conformitate cu AEC-Q200, standardul global pentru rezistența la stres pe care trebuie să îl îndeplinească toate componentele electronice pasive. Cu alte cuvinte, SEMCO garantează că nu există fisuri la încovoiere pentru o îndoire a plăcii de până la 5 mm.
Prin rezolvarea acestei probleme vechi într-o manieră rentabilă, cu valoare adăugată, SEMCO se află în avangarda dezvoltării tehnologiei MLCC pentru clienții din industria auto. Un deceniu de succes în acest domeniu dovedește fiabilitatea ridicată a terminalelor flexibile ale companiei, fără migrare de argint.
