與生命相關的電子產品現在遠遠超出了傳統上屬于這一類別的植入式醫療電子產品。其他要求苛刻的應用，包括飛機控制、汽車安全氣囊模塊和高級駕駛員輔助系統 (ADAS)——其中許多過去依賴于人類的認知和行動——現在也被認為是依賴生命的電子系統。這些系統依靠大量的超高可靠性電子設備來提供可靠的、保護生命的性能，并拒絕開發能夠在各種依賴生命的終端設備中執行重要的、支持任務的先進無源元件的新浪潮現在擴展到多個電子市場。
本文將提供兩種先進電容器技術的最新信息，這些技術可提供所需的峰值性能、高可靠性和環境耐用性，以支持不斷擴展的依賴生命、惡劣環境的汽車、航空航天和國防電子產品。
適用于惡劣環境的柔性端接 MLCC汽車電子系統正以驚人的速度擴展。新規范和設計的涌入引發了無數支持設備的開發，包括專門設計用于高溫、高振動和高熱循環應用的新電子模塊系列。
這些模塊的開發要求終端系統能夠承受由于多層陶瓷電容器 (MLCC) 和 PCB 之間的熱膨脹系數 (CTE) 不匹配而導致的物理彎曲和應變。這種能力是通過在最終端接飾面下添加導電環氧樹脂層來實現的。該層的材料特性使端子能夠承受高達 5 mm 的電路板彎曲，而不會因 ESR 或 ESR 不穩定性隨著時間的推移或環境條件的影響而增加。
圖 1：與標準 NP0 和 X7R MLCC 相比，該圖表展示了 AVX 的 FLEXITERM MLCC（第一種引入市場的柔性端接技術）在 90 毫米支撐跨度上承受彎曲的能力。
現在，各種組件系列都使用這種靈活的端接技術，它們被廣泛用于高可靠性應用中，其中單個電容器的故障可能會關閉整個系統。示例包括汽車模塊中的低泄漏輸入電容器和電源驅動緩沖器或濾波器中的高壓或高溫電容器。自推出以來，靈活端接 MLCC 的成本相對于終端系統、相關維修和更換的成本，尤其是與故障系統相關的停機時間，持續下降。這些降低的成本，加上它們可靠地承受物理彎曲和 CTE 應變的能力，導致它們設計的應用類型顯著擴展。
應用范圍的擴大，特別是在汽車和航空電子市場中，引發了額外的性能需求，包括消除因電路板彎曲而導致電容器破裂的威脅。作為回應，開發了一種在單個 MLCC 主體中串聯兩個柔性端接電容器的產品，以取代在這些和其他類似要求苛刻的應用中通常以 90° 角串聯放置的兩個分立電容器。
圖 2：AVX 的 FLEXISAFE MLCC 的內部結構在一個外殼內有兩個串聯的柔性端接電容器，消除了因彎曲而導致電路板破裂的威脅。
與兩個以 90° 方向串聯的 MLCC 相比，這些 MLCC 還具有幾個顯著的電氣優勢，包括：更高的可靠性、更低的等效串聯電阻 (ESR) 和等效串聯電感 (ESL)。相對于兩個串聯的標準 MLCC，此設計中的電極尺寸有利于減小，從而有效地降低了 ESR，并消除了兩個串聯電容器之間的電路板走線，從而顯著降低了 ESL。
圖 3a：由單個 FLEXISAFE MLCC 替代的兩個串聯標準 MLCC 的電氣示意圖。
圖 3b：該表比較了串聯的 220-nf MLCC 與單個 100-nf FLEXISAFE MLCC 的 ESL。
圖 3c：該圖比較了標準 100-nf MLCC 與等效 100-nf FLEXISAFE MLCC 的 ESR。
這些靈活的二合一 MLCC 可靠地表現出如此低的 ESR 和 ESL，這一事實使它們能夠比多組件解決方案更有效地用于電源引腳。此外，由于具有兩個串聯電容器，這些 MLCC 可提供用于航空電子設備的關鍵控制信號線以及汽車控制模塊的主動安全和 ADAS 所需的極高可靠性。
ADAS 系統，包括自動照明和制動、自適應巡航控制、智能手機連接以及車道和盲點警報，現在已在大多數新車中使用，這些系統中的關鍵控制信號線無法承受電容器故障而不會導致完全關閉系統。這會導致對數據的正確解釋進行投票的冗余節點數量減少，從而顯著降低自動化系統對所述數據的響應的確定性。
高可靠性賤金屬電極 MLCC新的、更廣泛的依賴生命的電子應用領域還包括航空電子設備和軍事防御、通信和武器系統。這些系統需要具有空間級可靠性和具有成本效益的定價的小型輕質組件，這是一個相當高的要求。賤金屬電極 (BME) MLCC 長期以來一直提供更高的電容值和更寬的電壓范圍，其封裝比在商業和汽車應用中的等效貴金屬電極 (PME) MLCC 小四倍，是一種能夠滿足這些要求的有效解決方案需要。
近年來，BME MLCC 采用了重大的設計和制造改進，進一步提高了它們的性能，達到了經過驗證的 PME 可靠性等效點，同時保持了相對較小的尺寸、重量和低成本。因此，這些 MLCC 現在已獲準用于空間級和其他依賴生命的惡劣環境應用。
將 BME MLCC 技術提升到依賴壽命的應用所需的可靠性水平的設計和工藝改進包括：減小 X7R 鈦酸鉍介電材料的粒徑以提高介電強度 (V/μ)，優化特定工藝的介電BME 系統的要求，優化介電層的厚度，并改進用于極薄陶瓷層的鑄造、印刷和堆疊工藝，以實現具有更大電容值的輕質組件。
圖 5：為空間級可靠性而設計的 BME MLCC 采用了非常保守的設計方法。單獨的介電層、電容器覆蓋層、邊緣區域和 FLEXITERM 層為這些部件提供了增強的保護，免受過壓應力和外部環境影響。
BME MLCC 符合 NASA 的 S-311-P-838 規范，獲準用于歐洲空間應用，并根據歐洲空間組件協調 (ESCC) 3009 的標準列入歐洲空間協會 (ESA) 的合格零件清單 (QPL) /041 規格，現已上市，適用于需要高電容、寬電壓范圍和嚴格可靠性標準的任何尺寸、重量和成本意識的應用。憑借從 0603 到 1812 的外殼尺寸、從 2.2 μF 到 8.2 μF 的電容值以及從 16 V 到 100 V 的額定電壓，這些下一代 BME MLCC 正在實現新一代的超高可靠性、與壽命相關的產品應用，包括雷達系統、軍事防御和武器系統，
AVX 是第一家（也是目前唯一一家）被認可為符合 NASA 的 S-311-P-838 規范、ESA 的批準用于美國和歐洲軍事和航空航天設計的空間級 BME X7R MLCC 合格供應商的公司QPL 和 ESCC 的 3009/041 規范。?
隨著電子產品繼續滲透到我們生活的幾乎每一個方面，被認為與生命相關的應用清單將繼續擴大，超出最初構成這一類別的植入式醫療電子產品，以及航空電子設備、航空航天和 ADAS 應用程序。已經擴展了類別的參數并挑戰工程師開發新的組件解決方案，這些解決方案能夠以更小、更輕的外形尺寸持續提供高可靠性、長壽命的性能和具有成本效益的價格。
具有靈活端接和有吸引力的性能特征的 MLCC 和具有 PME 等效、空間級可靠性、更小、更輕的外形尺寸、擴展的電容和電壓能力以及更低成本的 BME MLCC 的開發和市場引入已經解決了當前的組件挑戰從這個不斷擴大的電子產品類別中，制造商必須不斷努力開發新的、改進的和創新的無源元件，以滿足板級的下一代設計要求。電子發展的速度只會加快，如果有的話，供應商將始終面臨挑戰，以更低的成本在更小的空間內提供更好的性能。
審核編輯：湯梓紅