Condensateurs céramiques multicouches au plomb de la série RH compatibles avec une température de 150°C pour les applications automobiles

Introduction

En raison des préoccupations croissantes concernant l'environnement mondial, les véhicules électriques hybrides (HEV), les véhicules électriques (EV) et d'autres nouvelles technologies qui réduisent les émissions et augmentent l'efficacité énergétique des véhicules à moteur à essence sont introduits les uns après les autres. Ces avancées techniques créent également le besoin de composants électroniques plus compacts, compatibles avec des températures plus élevées et d'une grande fiabilité.
Dans ce contexte, Murata Manufacturing a commercialisé la série RH de condensateurs céramiques multicouches au plomb compatibles avec une température de fonctionnement maximale de 150°C.

Contexte de la commercialisation

Les calculateurs (unités de contrôle du moteur) sont de plus en plus utilisés dans divers capteurs montés dans les automobiles pour lutter contre les émissions et améliorer le rendement énergétique. En conséquence, l'espace disponible pour l'installation de l'ECU est de plus en plus restreint, et divers capteurs ainsi que les condensateurs qui réduisent le bruit superposé à ces capteurs utilisent des composants de type plomb connectés par soudure dans des endroits proches du moteur. Cela signifie qu'au moment où le moteur est éteint, la température autour de ces condensateurs peut dépasser 125°C.
En outre, les HEV et EV utilisent un courant de batterie plus important, et les circuits de détection de courant sont parfois configurés en soudant des composants directement sur des barres métalliques au lieu de cartes de circuits conventionnelles. Dans ce cas, les condensateurs utilisés pour éliminer le bruit dans les circuits de détection de courant ne sont pas des produits SMD mais plutôt des composants de type plomb, et sont montés par soudage direct, de sorte que la compatibilité avec des températures plus élevées est exigée à mesure que les courants augmentent.
Murata a développé un produit de type plomb compatible jusqu'à 150°C pour répondre à ces exigences du marché.

Gamme de produits

La figure 1 montre le graphique des caractéristiques de température. La capacité chute d'environ 30 % autour de 150°C, mais la température ne dépasse 125°C qu'à l'instant où le moteur est éteint, moment où les circuits électriques ne fonctionnent pas, de sorte que cette chute de capacité à 150°C n'a absolument aucun effet sur le fonctionnement du circuit. En outre, les caractéristiques sont bonnes, avec une chute de capacité quasi nulle à 5 VDC, qui est la tension de divers capteurs, ou à la tension de la batterie de 13 VDC.

La figure 2 présente le schéma détaillé.

Caractéristiques du produit

Amélioration des caractéristiques du cycle de température (résine de revêtement améliorée pour les grandes tailles)

Les composants automobiles doivent subir un essai de cycle de température de 1 000 cycles entre les températures minimales et maximales de fonctionnement. Par conséquent, un produit compatible avec une température de 150°C doit satisfaire à un essai de cycle de température de 1 000 cycles entre -55°C et +150°C.

La résine époxy généralement utilisée pour revêtir les condensateurs céramiques multicouches de type plomb se dilate et se contracte fortement autour de la température de transition vitreuse (Tg), et à mesure que les dimensions du boîtier augmentent, la contrainte générée par cette dilatation et cette contraction augmente également. Par conséquent, des fissures peuvent apparaître dans la résine de revêtement au cours d'un essai de 1 000 cycles entre -55°C et +150°C, et si ces fissures sont importantes, la contrainte de la résine peut être appliquée aux éléments céramiques internes et les fissurer.

La série RH utilise une résine de silicium à faible dilatation et contraction pour revêtir des produits dont la dimension L, qui est la plus grande des dimensions de l'emballage, est de 5,7 mm et 6,0 mm. Cela a permis de réaliser des produits qui ne présentent aucune fissure, même après 1 000 cycles entre -55°C et +150°C, ce qui a amélioré les caractéristiques du cycle de température.

Réalisation de la fiabilité à haute température

L'utilisation de condensateurs céramiques multicouches ayant une bonne fiabilité à haute température, développés pour les applications automobiles, a permis de satisfaire aux exigences de l'essai de charge à haute température, à savoir "application de 1,5 fois la tension nominale pendant 1 000 heures à une température de 150°C".

Compatible avec le montage par soudage

Dans de nombreux endroits où des condensateurs au plomb sont utilisés, les composants sont montés par soudage au lieu d'être soudés sur une carte de circuit imprimé. La série RH a été commercialisée avec deux types différents de fils de connexion (fils d'acier et fils de cuivre) en fonction des types de métaux à souder et de la méthode de soudage.

Conforme aux spécifications de tension de choc

Les surtensions des différents types de bobines peuvent se superposer aux lignes d'alimentation et de signaux.
La série RH répond aux spécifications requises par l'essai de tension de choc automobile (ISO 7637-2) (Fig. 3).
Produit de 50 V : Satisfait aux spécifications des systèmes 12 V
Produit de 100 V : Satisfait aux spécifications des systèmes 24 V

Voir la norme ISO 7637-2 pour les formes d'ondes de test 2a à 5e.

Figure 3. Formes d'onde de l'essai ISO 7637-2 pulse 1 et spécifications requises

Conforme à la norme AEC-Q200

La série RH répond à la spécification AEC-Q200 généralement requise pour les applications automobiles.

Le test ESD de l'AEC-Q200 effectue le test de décharge électrostatique avec le condensateur de charge réglé sur 150 pF, de sorte qu'en raison de la relation [Q = CV = constante], la tension électrostatique appliquée diffère en fonction de la capacité testée. Par conséquent, la capacité ESD diffère en fonction de la capacité.
Le tableau 1 indique la capacité ESD pour des valeurs de capacité typiques.

Conclusion

Les demandes de compatibilité avec des températures plus élevées et des tailles plus compactes devraient s'intensifier à l'avenir. Murata a l'intention de travailler à l'élargissement de la gamme de valeurs de capacité, y compris l'élargissement des tensions nominales et l'étude des condensateurs à film, et de répondre activement aux demandes du marché de l'automobile.

* ^Cet article est une recompilation du contenu publié dans le numéro du 1er octobre 2009 de High Technology par Dempa Publications, Inc.

* ^{Pour plus de} détails sur la série RH, voir les pages web suivantes :

​Page web de la série RH
▼Liste des produits de la série RH

^* Cet article a présenté les produits de type plomb, mais Murata propose également une gamme de produits SMD compatibles avec une température de 150°C.
Pour plus de détails sur les produits SMD compatibles avec une température de 150°C, voir les pages web suivantes :
▼ Condensateurs céramiques multicouches de la série GCM pour applications automobiles
▼ Terminaison AgPd Colle conductrice Montage de la puce Condensateurs céramiques multicouches pour l'automobile Série GCG

Les informations présentées dans cet article étaient à jour à la date de publication. Veuillez noter qu'elles peuvent différer des informations les plus récentes.

Produits apparentés

Condensateur

Condensateur céramique

Articles connexes

• Résistance d'isolement et courant de fuite d'un condensateur céramique
• Résistance des condensateurs aux décharges électrostatiques (ESD)
• Notions de base sur les condensateurs polymères (partie 2) : Qu'est-ce qu'un condensateur polymère ?