通過增加屏蔽電極，高達1000V的小芯片尺寸封裝大電容MLCC可以抵抗電弧放電，從而大大提高電動汽車和可再生能源發電等應用中高壓電路的可靠性。基美電子的ArcShield表貼MLCC具有屏蔽電極專利設計，可以克服傳統電弧放電防治措施（例如級聯電極或保形塗層）的缺點，從而無需保護塗層即可獲得永久保護。相對於更大尺寸的傳統MLCC或通孔陶瓷和薄膜電容器，它們還為設計工程師提供了可節省空間的替代方案。

 

創新的電弧放電預防方法可實現小尺寸高電壓表貼MLCC，從而為電動汽車或可再生能源發電中的新興應用提供高性價比且節省空間的解決方案。

 

高壓應用設法節省空間

在風力/太陽能逆變器或電動汽車（EV）動力係統等對節能要求很高的應用中
，以高壓方式配電有助於降低I2R損耗。例如
，在EV應用中
，為逆變器供電的直流鏈路可能是3-400V，而對風力或太陽能調節而言則可能更高。然而
，這類高工作電壓不僅對最終用戶帶來了額外的安全挑戰，而且對元器件——即使是那些在外殼上印有合適額定電壓的元器件——也是如此。讓我們看下多層陶瓷電容器（MLCC）——常見用途包括濾波、去耦或者緩衝——是如何受數百伏所加偏壓影響的。

公認的物理定律告訴我們
，高MLCC額定電壓和小封裝尺寸是不能同時並存的：增(zeng)加(jia)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)需(xu)要(yao)在(zai)極(ji)板(ban)之(zhi)間(jian)加(jia)厚(hou)介(jie)電(dian)層(ceng)，這(zhe)反(fan)過(guo)來(lai)又(you)會(hui)增(zeng)加(jia)器(qi)件(jian)的(de)尺(chi)寸(cun)。即(ji)便(bian)如(ru)此(ci)，業(ye)界(jie)對(dui)小(xiao)型(xing)和(he)輕(qing)型(xing)電(dian)源(yuan)設(she)備(bei)的(de)需(xu)求(qiu)，要(yao)求(qiu)在(zai)越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)的(de)芯(xin)片(pian)尺(chi)寸(cun)輪(lun)廓(kuo)內(nei)實(shi)現(xian)高(gao)電(dian)容(rong)和(he)高(gao)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)。EV逆變器或風力/太陽能微型發電機的設計人員
，通常會試圖采用0603和0805外殼尺寸的X7R型MLCC等電容器，其額定電壓為500V

、630V或1000VDC。

 

防止電弧放電損壞和破壞

元器件製造商可以通過使用更好的電容器材料和構造技術來滿足這些需求。然而，如圖1所示，在實踐中，爬電（電場在電介質表麵上的自然擴散）yijiqiangdianchangkenengyinqizhouweikongqifashengdianlidengyinsu，huiweixiedaogaoyagongzuoyuanqijiandeanquanxing。dangfashengdianlishi
，ruguosuojiapianyachaoguodianlikongqideqishidianya，zebutongdianweideqijianduanzihuodianjizhijianhuixingchengdaodiantonglu
，congerdaozhidianyunfangdianhuodianhufangdian。

 

圖1.電離為端子與端子或端子與電極之間拉弧放電創造條件。
 

電弧放電發生的起始電壓受多種因素的影響
，例如大氣溫度和壓力
、shiduheduanzipadianjulideng。fanguolai，padianjuliyoushouqijianbiaomianshifouyouwuranwuyingxiang

，lirudaodianhuichenkelihuojijudeshuifen。juyougaojiedianchangshudetaocicailiao（例如X7R材料）
，其孔隙率（即材料表麵存在的空隙）會比其他電介質（例如C0G）更高。這些空隙往往含有水分和灰塵
，從而使元器件更容易發生電弧放電。

 

端(duan)子(zi)之(zhi)間(jian)發(fa)生(sheng)電(dian)弧(hu)放(fang)電(dian)可(ke)以(yi)持(chi)續(xu)，但(dan)如(ru)果(guo)在(zai)器(qi)件(jian)表(biao)麵(mian)反(fan)複(fu)發(fa)生(sheng)電(dian)暈(yun)放(fang)電(dian)，則(ze)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)的(de)推(tui)移(yi)，會(hui)產(chan)生(sheng)碳(tan)化(hua)軌(gui)道(dao)，從(cong)而(er)建(jian)立(li)導(dao)電(dian)通(tong)路(lu)。隨(sui)著(zhe)放(fang)電(dian)繼(ji)續(xu)發(fa)生(sheng)，這(zhe)最(zui)終(zhong)會(hui)導(dao)致(zhi)短(duan)路(lu)故(gu)障(zhang)。

更直接的問題是，如圖2所(suo)示(shi)
，在(zai)器(qi)件(jian)的(de)外(wai)部(bu)部(bu)件(jian)和(he)位(wei)於(yu)相(xiang)反(fan)電(dian)位(wei)的(de)第(di)一(yi)個(ge)內(nei)部(bu)對(dui)電(dian)極(ji)之(zhi)間(jian)有(you)可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)放(fang)電(dian)。這(zhe)通(tong)常(chang)會(hui)引(yin)起(qi)快(kuai)速(su)介(jie)電(dian)擊(ji)穿(chuan)
，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)短(duan)路(lu)故(gu)障(zhang)，並(bing)經(jing)常(chang)伴(ban)有(you)急(ji)劇(ju)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)破(po)壞(huai)。

 

圖2.端子與第一個對電極之間產生電弧放電，通常會引起電容器快速失效。
 

從cong曆li史shi上shang看kan，電dian容rong器qi製zhi造zao商shang和he材cai料liao專zhuan家jia們men已yi經jing開kai發fa出chu各ge種zhong技ji術shu
，用yong來lai減jian輕qing引yin起qi電dian離li和he電dian暈yun放fang電dian的de原yuan因yin。其qi中zhong之zhi一yi是shi用yong高gao絕jue緣yuan聚ju合he物wu或huo玻bo璃li狀zhuang塗tu層ceng塗tu覆fuMLCC，xingchengguanghuawukongdebiaomian，congershiwuranwuhuoshuifenjijufashengdekenengxingzuixiao。jinguanshishizhengmingzhezhongjishuyouxiao，danyecunzairuoganquedian，baokuocailiaodechengbenheyunyongtadeewaigongyikaixiao。ciwai，ruguoqijianzhutimeiyouwanquanfengzhuang
，huozheyoutucengshousun，zetucengdeyouxiaoxinghuishoudaoyingxiang。

 

此外，如果采用的是預塗器件，則電路板設計人員必須確保塗層材料與PCB組zu件jian中zhong所suo用yong其qi他ta材cai料liao兼jian容rong。另ling一yi方fang麵mian，如ru果guo是shi在zai組zu裝zhuang後hou塗tu覆fu塗tu層ceng，則ze必bi須xu注zhu意yi確que保bao沒mei有you空kong隙xi或huo間jian隙xi，例li如ru在zai器qi件jian下xia麵mian的de區qu域yu。這zhe些xie情qing況kuang會hui損sun害hai塗tu層ceng的de完wan整zheng性xing並bing有you可ke能neng產chan生sheng與yu未wei塗tu覆fu器qi件jian相xiang同tong的de電dian弧hu放fang電dian。

 

浮動電極

或者

，可以通過調整內部結構

，使電容器承受高施加電場的能力增加。

一yi個ge例li子zi是shi級ji聯lian內nei部bu電dian極ji設she計ji。這zhe種zhong方fang法fa又you稱cheng為wei浮fu動dong電dian極ji或huo串chuan聯lian電dian容rong器qi技ji術shu，它ta可ke以yi以yi與yu串chuan聯lian連lian接jie多duo個ge電dian容rong器qi相xiang同tong的de方fang式shi提ti高gao額e定ding電dian壓ya，並bing有you效xiao增zeng加jia爬pa電dian距ju離li，從cong而er降jiang低di在zai施shi加jia高gao電dian場chang強qiang度du時shi產chan生sheng電dian弧hu的de可ke能neng性xing。如ru圖tu所suo示shi，浮fu動dong電dian極ji設she計ji還hai可ke通tong過guo防fang止zhi任ren何he一yi對dui相xiang對dui電dian極ji之zhi間jian有you裂lie縫feng穿chuan過guo，發fa生sheng短duan路lu，來lai有you效xiao減jian輕qing撓nao裂lie。與yu撓nao曲qu相xiang關guan的de裂lie縫feng可ke能neng僅jin會hui引yin起qi電dian容rong損sun失shi或huo安an全quan的de開kai路lu故gu障zhang。一yi個ge缺que點dian是shi，就jiu像xiang串chuan聯lian連lian接jie分fen立li電dian容rong器qi一yi樣yang，串chuan聯lian電dian容rong器qi方fang法fa會hui降jiang低di有you效xiao電dian容rong。

 

內部屏蔽

最近的一項發展是在器件內部添加一個屏蔽電極
，它與最近的端子處於相同的電位，並向相對的端子延伸
，如圖3所(suo)示(shi)。可(ke)以(yi)把(ba)它(ta)想(xiang)象(xiang)成(cheng)像(xiang)法(fa)拉(la)第(di)籠(long)一(yi)樣(yang)，並(bing)且(qie)它(ta)與(yu)串(chuan)聯(lian)電(dian)容(rong)器(qi)結(jie)構(gou)相(xiang)比(bi)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)更(geng)傳(chuan)統(tong)的(de)電(dian)極(ji)布(bu)局(ju)。因(yin)此(ci)
，對(dui)於(yu)給(gei)定(ding)的(de)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)和(he)器(qi)件(jian)尺(chi)寸(cun)
，電(dian)容(rong)可(ke)以(yi)更(geng)高(gao)。此(ci)外(wai)
，屏(ping)蔽(bi)電(dian)極(ji)與(yu)柔(rou)性(xing)端(duan)子(zi)兼(jian)容(rong)
，可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)發(fa)生(sheng)應(ying)力(li)開(kai)裂(lie)。

 

圖3.屏蔽電極可降低電容器表麵和第一個對電極區域的場強。
 

當dang端duan子zi兩liang端duan加jia有you高gao壓ya偏pian壓ya並bing且qie超chao過guo電dian容rong器qi周zhou圍wei電dian離li空kong氣qi的de初chu始shi電dian壓ya時shi
，采cai用yong該gai屏ping蔽bi電dian極ji可ke防fang止zhi電dian暈yun放fang電dian引yin起qi端duan子zi和he第di一yi個ge對dui電dian極ji之zhi間jian發fa生sheng電dian介jie質zhi擊ji穿chuan，從cong而er防fang止zhi出chu現xian前qian麵mian圖tu2中所述的快速短路故障模式。

 

yinweipingbidianjiyuzuijindeduanzisuochudedianweixiangtong，suoyidianchangjizhongjuxianzaipingbidianjierbushiduanzibiaomianhexiangyingdediyigeduidianjiweizhi。zhekeyizuidaxiandudijianshaoyanxinpianbiaomiandedianweicha，bingzengjiapadianjulinengli。 因此，即使是小尺寸器件或采用高孔隙率電介質製造的器件（如X7R）
，也可以從增強的電弧放電抗擾性中受益，而使相關損壞或器件故障的可能性降低。

 

基美電子已對該技術申請專利，以便創建ArcShield™係列抗電弧MLCC
，而以小型EIA標準外殼尺寸提供高電壓和大電容。尺寸從0603到1812的商用或AEC-Q200汽車級ArcShield電容器現已供貨
，電容值在500VDC額定值時高達0.33μF，在630VDC時為0.15μF，在1000VDC時為0.10μF。

 

總結

通過增加屏蔽電極，高達1000V的小芯片尺寸封裝大電容MLCC可以抵抗電弧放電，從而大大提高電動汽車和可再生能源發電等應用中高壓電路的可靠性。基美電子的ArcShield表貼MLCC具有屏蔽電極專利設計，可以克服傳統電弧放電防治措施（例如級聯電極或保形塗層）的缺點，從而無需保護塗層即可獲得永久保護。相對於更大尺寸的傳統MLCC或通孔陶瓷和薄膜電容器
，它們還為設計工程師提供了可節省空間的替代方案。