Capacitor
Guia de condensadores
Condensadores cerâmicos multicamadas tipo chumbo da série RH compatíveis com 150°C para aplicações automóveis
Introdução
Devido à crescente preocupação com o ambiente global, estão a ser introduzidos sucessivamente veículos híbridos eléctricos (HEV), veículos eléctricos (EV) e outras novas tecnologias que reduzem as emissões e aumentam a eficiência do combustível dos veículos com motor a gasolina. Estes avanços técnicos estão também a criar a necessidade de componentes electrónicos mais compactos, compatíveis com temperaturas mais elevadas e com elevada fiabilidade.
No meio destas tendências, a Murata Manufacturing comercializou a série RH de condensadores cerâmicos multicamada do tipo chumbo compatíveis com uma temperatura máxima de funcionamento de 150°C.
Antecedentes da comercialização
As UCE (unidade de controlo do motor) são cada vez mais utilizadas em vários sensores montados nos automóveis para combater as emissões e melhorar a eficiência do combustível. Como resultado, o espaço disponível para a instalação da ECU está a tornar-se apertado, e vários sensores, bem como os condensadores que reduzem o ruído sobreposto a esses sensores, utilizam componentes do tipo chumbo ligados por soldadura em locais próximos do motor. Isto significa que, no momento em que o motor é desligado, a temperatura à volta destes condensadores pode ultrapassar os 125°C.
Além disso, os VHE e VE utilizam uma corrente de bateria mais elevada e os circuitos de deteção de corrente são por vezes configurados através da soldadura de componentes diretamente em barras de metal em vez de placas de circuito convencionais. Neste caso, os condensadores utilizados para eliminar o ruído nos circuitos de deteção de corrente não são produtos SMD, mas sim componentes do tipo chumbo, e são montados por soldadura direta, pelo que é necessária compatibilidade com temperaturas mais elevadas à medida que as correntes aumentam.
A Murata desenvolveu um produto tipo chumbo compatível até 150ºC para satisfazer estas exigências do mercado.
Linha de produtos
A figura 1 mostra o gráfico das caraterísticas de temperatura. A capacitância cai cerca de 30% por volta dos 150°C, mas a temperatura ultrapassa os 125°C apenas no momento em que o motor é desligado, altura em que os circuitos eléctricos não estão a funcionar, pelo que esta queda de capacitância a 150°C não tem qualquer efeito no funcionamento do circuito. Para além disso, são exibidas boas caraterísticas com quase nenhuma queda na capacitância a 5 VDC, que é a tensão de vários sensores, ou à tensão da bateria de 13 VDC.
A figura 2 mostra o alinhamento pormenorizado.
Caraterísticas do produto
Caraterísticas melhoradas do ciclo de temperatura (resina de revestimento melhorada para tamanhos grandes)
Os componentes automóveis têm um requisito de teste de ciclo de temperatura de 1.000 ciclos entre as temperaturas de funcionamento mínima e máxima. Por conseguinte, um produto compatível com 150°C deve satisfazer um teste de ciclo de temperatura de 1.000 ciclos entre -55°C e +150°C.
A resina epoxídica geralmente utilizada para revestir condensadores cerâmicos multicamadas de chumbo expande-se e contrai-se muito em torno da temperatura de transição vítrea (Tg) e, à medida que as dimensões do pacote aumentam, a tensão gerada por esta expansão e contração também aumenta. Como resultado, podem ocorrer fissuras na resina de revestimento durante um teste com 1.000 ciclos entre -55°C e +150°C, e se estas fissuras forem grandes, a tensão da resina pode ser aplicada aos elementos cerâmicos internos e provocar fissuras.
A série RH utiliza resina de silicone com pouca expansão e contração para revestir produtos com uma dimensão L, que é a maior das dimensões da embalagem, de 5,7 mm e 6,0 mm. Isto permitiu obter produtos que não apresentam qualquer fissuração, mesmo após 1000 ciclos entre -55°C e +150°C, o que melhorou as caraterísticas do ciclo de temperatura.
Realização da fiabilidade a altas temperaturas
A utilização de condensadores cerâmicos multicamadas com boa fiabilidade a alta temperatura desenvolvidos para aplicações automóveis permitiu satisfazer o requisito do teste de carga a alta temperatura de "aplicação de 1,5 vezes a tensão nominal durante 1.000 horas a uma temperatura de 150°C".
Compatível com a montagem por soldadura
Em muitos locais onde são utilizados condensadores de chumbo, os componentes são montados por montagem por soldadura em vez de montagem por solda numa placa de circuitos. A série RH foi comercializada com dois tipos diferentes de materiais de fio de chumbo (fios de aço e fios de cobre) de acordo com os tipos de metais a serem soldados e o método de soldadura.
Em conformidade com as especificações de tensão de pico
As sobretensões de vários tipos de bobinas podem sobrepor-se às linhas de alimentação e de sinal.
A série RH satisfaz as especificações exigidas pelo teste de tensão de pico para automóveis (ISO 7637-2) (Fig. 3).
Produto com classificação de 50 V: Satisfaz as especificações para sistemas de 12 V
Produto com classificação de 100 V: Satisfaz as especificações para sistemas de 24 V
Parâmetros da forma de onda de ensaio e tempos de ensaio
| Parâmetro | UA | Nós | td | tr | Prazos de candidatura |
|---|---|---|---|---|---|
| Sistema de 12 V | 12V | -100V | 2ms | 1us | 5.000 impulsos |
| Sistema de 24 V | 24V | -600V | 1ms | 3us | 5.000 impulsos |
Outros nomes de formas de onda de impulsos, tensões máximas aplicadas e tempo de aplicação (ou tempos de aplicação de impulsos)
| Forma de onda do impulso | 2a | 2b | 3a | 3b | 4 | 5e |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Sistema de 12 V | +50V | +10V | -150V | +100V | -7V | +87V |
| Sistema de 24 V | +50V | +20V | -200V | +200V | -16V | +173V |
| Hora ou horas de aplicação | 5.000 impulsos | 10 impulsos | 1 hora | 1 hora | 1 pulso | 1 pulso |
Ver a norma ISO 7637-2 para as formas de onda de ensaio 2a a 5e.
Figura 3. Formas de onda de ensaio do impulso 1 da norma ISO 7637-2 e especificações exigidas
Em conformidade com a norma AEC-Q200
A série RH satisfaz a especificação AEC-Q200 geralmente exigida para aplicações automóveis.
O ensaio ESD da norma AEC-Q200 realiza o ensaio de descarga eletrostática com o condensador de carga regulado para 150 pF, pelo que, devido à relação [Q = CV = constante], a tensão eletrostática aplicada difere em função da capacitância testada. Por conseguinte, a capacidade ESD difere consoante a capacitância.
A tabela 1 mostra a capacidade ESD para valores típicos de capacitância.
Tabela 1. Tensão de prova ESD para valores típicos de capacitância
Tensão nominal | Temperatura | Capacitância | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
- | - | 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 |
Conclusão
Espera-se que as exigências de compatibilidade com temperaturas mais elevadas e tamanhos mais compactos se intensifiquem no futuro. A Murata pretende trabalhar para expandir a gama de valores de capacitância, incluindo a expansão das tensões nominais e a investigação de condensadores de película, e para responder ativamente às exigências do mercado automóvel.
* Este artigo é uma recompilação do conteúdo publicado na edição de 1 de outubro de 2009 da High Technology da Dempa Publications, Inc.
* Para mais informações sobre a série RH, ver as seguintes páginas Web:
Página Web da série RH
Lista de produtos da série RH
* Este artigo apresentou produtos do tipo chumbo, mas a Murata também fornece uma linha de produtos SMD compatíveis com 150°C.
Para mais informações sobre produtos SMD compatíveis com 150°C, consulte as seguintes páginas Web:
▼ Condensadores cerâmicos multicamada da série GCM para aplicações automóveis
▼ Terminação AgPd Cola condutora Montagem de chips Capacitores cerâmicos multicamadas para automóveis da série GCG
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