Kondensator
Kondensator-Leitfaden
Keramik-Vielschichtkondensatoren der RH-Serie in Bleibauweise, kompatibel bis 150°C für Automobilanwendungen
Einführung
Aufgrund der zunehmenden Sorge um die globale Umwelt werden nach und nach Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs), Elektrofahrzeuge (EVs) und andere neue Technologien eingeführt, die den Schadstoffausstoß verringern und die Kraftstoffeffizienz von Fahrzeugen mit Benzinmotor erhöhen. Diese technischen Fortschritte schaffen auch einen Bedarf an kompakteren elektronischen Komponenten, die mit höheren Temperaturen kompatibel sind und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
Inmitten dieser Trends hat Murata Manufacturing die RH-Serie von keramischen Vielschichtkondensatoren in Bleibauweise auf den Markt gebracht, die für eine maximale Betriebstemperatur von 150 °C geeignet sind.
Hintergrund der Kommerzialisierung
ECUs (Engine Control Unit) werden in zunehmendem Maße in verschiedenen Sensoren eingesetzt, die in Kraftfahrzeugen als Emissionsschutzmaßnahmen und zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz eingebaut werden. Infolgedessen wird der verfügbare ECU-Einbauraum immer knapper, und verschiedene Sensoren sowie die Kondensatoren, die das diesen Sensoren überlagerte Rauschen reduzieren, verwenden bleiartige Komponenten, die in der Nähe des Motors verschweißt sind. Das bedeutet, dass in dem Moment, in dem der Motor abgestellt wird, die Temperatur um diese Kondensatoren herum 125°C übersteigen kann.
Darüber hinaus wird bei HEVs und EVs ein höherer Batteriestrom verwendet, und die Stromerkennungsschaltungen werden manchmal so konfiguriert, dass die Komponenten direkt auf Metallstangen geschweißt werden, anstatt auf herkömmlichen Leiterplatten. In diesem Fall handelt es sich bei den Kondensatoren, die zur Rauschunterdrückung in Stromerkennungsschaltungen verwendet werden, nicht um SMD-Produkte, sondern um bleihaltige Bauteile, die durch direktes Schweißen montiert werden, so dass eine Kompatibilität mit höheren Temperaturen bei steigenden Strömen erforderlich ist.
Murata hat ein bis 150°C kompatibles Lead-Type-Produkt entwickelt, um diese Marktanforderungen zu erfüllen.
Produktpalette
Abbildung 1 zeigt das Temperaturdiagramm. Die Kapazität sinkt um ca. 30 % bei 150 °C, aber die Temperatur übersteigt 125 °C nur in dem Moment, in dem der Motor abgestellt wird, wobei die elektrischen Schaltkreise nicht in Betrieb sind, so dass dieser Kapazitätsabfall bei 150 °C keinerlei Auswirkungen auf den Betrieb der Schaltkreise hat. Auch bei 5 VDC, der Spannung verschiedener Sensoren, oder bei einer Batteriespannung von 13 VDC zeigt sie gute Eigenschaften und fast keinen Kapazitätsabfall.
Abbildung 2 zeigt die detaillierte Aufstellung.
Produktmerkmale
Verbesserte Temperaturzykluseigenschaften (verbessertes Beschichtungsharz für große Formate)
Für Kfz-Bauteile gilt eine Temperaturzyklusprüfung von 1.000 Zyklen zwischen der minimalen und der maximalen Betriebstemperatur. Daher muss ein Produkt, das bis 150°C kompatibel ist, einen Temperaturzyklustest von 1.000 Zyklen zwischen -55°C und +150°C bestehen.
Das Epoxidharz, das in der Regel für die Beschichtung von keramischen Vielschichtkondensatoren in Bleibauweise verwendet wird, dehnt sich um die Glasübergangstemperatur (Tg) herum stark aus und zieht sich zusammen, und wenn die Abmessungen des Gehäuses zunehmen, steigt auch die durch diese Ausdehnung und Kontraktion erzeugte Spannung. Infolgedessen können während eines Tests mit 1.000 Zyklen zwischen -55°C und +150°C Risse im Beschichtungsharz auftreten, und wenn diese Risse groß sind, kann die Harzspannung auf die inneren Keramikelemente übertragen werden und diese zum Reißen bringen.
Die RH-Serie verwendet Silikonharz mit geringer Ausdehnung und Kontraktion, um Produkte mit einem L-Maß, dem größeren der beiden Gehäuseabmessungen, von 5,7 mm und 6,0 mm zu beschichten. Auf diese Weise wurden Produkte realisiert, die selbst nach 1.000 Zyklen zwischen -55°C und +150°C keine Risse aufweisen, was die Temperaturzykluseigenschaften verbessert.
Verwirklichung der Hochtemperatur-Zuverlässigkeit
Durch die Verwendung von keramischen Vielschichtkondensatoren mit guter Hochtemperatur-Zuverlässigkeit, die für Anwendungen im Automobilbereich entwickelt wurden, konnte die Anforderung des Hochtemperatur-Lasttests "Anwendung der 1,5-fachen Nennspannung für 1.000 Stunden bei einer Temperatur von 150°C" erfüllt werden.
Kompatibel zur Schweißmontage
An vielen Orten, an denen Kondensatoren mit Anschlussdrähten verwendet werden, werden die Bauteile durch Schweißmontage statt durch Lötmontage auf einer Leiterplatte montiert. Die RH-Serie wurde mit zwei verschiedenen Arten von Anschlussdrähten (Stahldrahtanschlüsse und Kupferdrahtanschlüsse) in Übereinstimmung mit den zu schweißenden Metallen und dem Schweißverfahren vermarktet.
Erfüllt die Spezifikationen für Überspannung
Die Überspannungen der verschiedenen Spulentypen können sich mit den Stromversorgungs- und Signalleitungen überlagern.
Die RH-Serie erfüllt die Anforderungen des Überspannungstests für die Automobilindustrie (ISO 7637-2) (Abb. 3).
Produkt mit 50 V Nennspannung: Erfüllt die Spezifikationen für 12-V-Systeme
Produkt mit 100 V Nennspannung: Erfüllt die Spezifikationen für 24-V-Systeme
Parameter der Testwellenform und Testzeiten
| Parameter | UA | Wir | td | tr | Anwendungszeiten |
|---|---|---|---|---|---|
| 12-V-System | 12V | -100V | 2ms | 1us | 5.000 Impulse |
| 24-V-System | 24V | -600V | 1ms | 3us | 5.000 Impulse |
Andere Namen von Impulswellenformen, maximale angelegte Spannungen und Anwendungszeit (oder Impulsanwendungszeiten)
| Wellenform des Pulses | 2a | 2b | 3a | 3b | 4 | 5e |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 12-V-System | +50V | +10V | -150V | +100V | -7V | +87V |
| 24-V-System | +50V | +20V | -200V | +200V | -16V | +173V |
| Anwendungszeit oder -zeiten | 5.000 Impulse | 10 Impulse | 1 Stunde | 1 Stunde | 1 Impuls | 1 Impuls |
Siehe die Norm ISO 7637-2 für die Testwellenformen 2a bis 5e.
Abbildung 3. ISO 7637-2 Puls 1 Testwellenformen und erforderliche Spezifikationen
Entspricht der AEC-Q200
Die RH-Serie erfüllt die AEC-Q200-Spezifikation, die im Allgemeinen für Automobilanwendungen erforderlich ist.
Der ESD-Test des AEC-Q200 führt die elektrostatische Entladung mit einem auf 150 pF eingestellten Ladekondensator durch, so dass aufgrund der Beziehung [Q = CV = konstant] die angelegte elektrostatische Spannung je nach der geprüften Kapazität unterschiedlich ist. Daher ist auch die ESD-Kapazität je nach Kapazität unterschiedlich.
Tabelle 1 zeigt die ESD-Kapazität für typische Kapazitätswerte.
Tabelle 1. ESD-Dauerbelastung für typische Kapazitätswerte
Nennspannung | Temperatur | Kapazität | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
- | - | 1.000pF | 4.700pF | 10nF | 47nF | 0,1μF | 0,47μF | 1μF |
100V | X8L | 2kV | 8kV | 16kV | 25kV | 25kV | 25kV | 25kV |
50V | X8L | 2kV | 8kV | 16kV | 25kV | 25kV | 25kV | 25kV |
Schlussfolgerung
Es wird erwartet, dass sich die Anforderungen an die Kompatibilität mit höheren Temperaturen und kompakteren Größen in Zukunft verstärken werden. Murata beabsichtigt, an der Erweiterung des Kapazitätswertspektrums zu arbeiten, einschließlich der Erweiterung der Nennspannungen und der Untersuchung von Folienkondensatoren, und aktiv auf die Anforderungen des Automobilmarktes zu reagieren.
* Dieser Artikel ist eine Zusammenfassung des Inhalts, der in der Ausgabe vom 1. Oktober 2009 der High Technology von Dempa Publications, Inc. veröffentlicht wurde.
*Weitere Informationen über die RH-Serie finden Sie auf den folgenden Webseiten:
▼RH-Serie Webseite
▼Liste der Produkte der Serie RH
* In diesem Artikel wurden Produkte in Bleibauweise vorgestellt, Murata bietet jedoch auch eine Reihe von SMD-Produkten an, die bis 150°C kompatibel sind.
Einzelheiten zu SMD-Produkten, die bis 150°C kompatibel sind, finden Sie auf den folgenden Webseiten:
▼GCM-Serie Keramik-Vielschichtkondensatoren für Automobilanwendungen
▼AgPd Termination Conductive Glue Mounting Chip Multilayer Ceramic Capacitors for Automotive GCG Series
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