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電子工業(yè)中最持久的趨勢之一就是小型化。半導(dǎo)體技術(shù)的改進(jìn)強(qiáng)調(diào)減小電子元器件的尺寸，同時(shí)也需要顯著提高其性能。智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備和平板電腦只是利用最新半導(dǎo)體技術(shù)的眾多設(shè)備中的幾個(gè)例子。然而，當(dāng)電子器件和設(shè)備尺寸縮小并且變得更緊湊時(shí)，可靠性就成了一個(gè)重要的問題，如何抑制電噪聲或干擾的影響也成為了挑戰(zhàn)。因此，EMI抑制電容器在電子工業(yè)中也就發(fā)揮著更為重要的作用。

寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)介紹

寬帶隙（WBG）材料，如碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）是市場上的創(chuàng)新半導(dǎo)體技術(shù)。與傳統(tǒng)的硅基器件相比，它們具有更高的效率和功率密度，并且可以在更高的開關(guān)頻率和惡劣的環(huán)境下工作。寬帶隙MOSFET和二極管的出現(xiàn)，減小了電子元器件的尺寸，更顯著提高了效率，特別適在移動設(shè)備中應(yīng)用。在電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，使用WBG半導(dǎo)體元器件可以實(shí)現(xiàn)更小的占板面積和更高的效率，同時(shí)在電源轉(zhuǎn)換過程中實(shí)現(xiàn)更低的能量損耗。受益于PCB占位面積的減小，還帶來了其他關(guān)鍵優(yōu)勢，如可聽噪聲的降低和無源元件的小型化。

但是，由于越來越多的電子器件集成到較小的封裝中，因此小型化的設(shè)備更容易受到電噪聲或干擾的影響。盡管在WBG設(shè)備中使用較高的頻率或可有助大大降低可聽噪聲，但它會產(chǎn)生更多的高頻輻射，并且需要更復(fù)雜的設(shè)計(jì)才能滿足監(jiān)管機(jī)構(gòu)對輻射的要求。由于這些原因，EMI抑制電容器在電子工業(yè)中起著至關(guān)重要的作用，而且在關(guān)鍵的電氣和環(huán)境應(yīng)用中還需要更小型化的解決方案。

惡劣環(huán)境條件下工作的挑戰(zhàn)

使高電壓和高頻率的功率器件的尺寸最小化將面對兩個(gè)重要難題：更大的感應(yīng)噪聲和更大的熱損耗。

這些挑戰(zhàn)可能會對電子器件的可靠性和性能產(chǎn)生重大的影響。隨著尺寸變得更小，如何讓這些電子器件在惡劣環(huán)境條件工作下并能夠延長其使用壽命，這是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的課題，如：

• 期望電動和混合動力汽車承受更高的溫度和極端的熱沖擊循環(huán)。

• 在不同的現(xiàn)場環(huán)境中，更小的太陽能微型逆變器和智能電表的預(yù)期使用壽命長達(dá)25年，更可以無需維修。

• 數(shù)據(jù)和通信系統(tǒng)的工作空間越來越?。ㄒ虼嗣科椒接⒊叩墓β拭芏纫蟾撸蕴岣唠娮踊A(chǔ)設(shè)施的效率。

金屬化聚丙烯薄膜技術(shù)在EMI抑制中的挑戰(zhàn)

在最新的EMI抑制膜技術(shù)發(fā)展中，制造商正在通過使用新材料和改進(jìn)電容器制造工藝來實(shí)現(xiàn)對膜元件的出色保護(hù)。這樣，產(chǎn)品可以承受惡劣的工作條件，否則則會降低其可靠性和性能。但是，在小型化的電容器中提高其高溫、高濕度和偏置(THB)條件下的可靠性水平可能會很具有挑戰(zhàn)性。

金屬化聚丙烯薄膜技術(shù)（MKP）由于其出色的每微米高電壓以及超低、穩(wěn)定的耗散因子功能，是目前應(yīng)用于電容器抑制EMI的主要方案之一。另外最重要的是，與其他薄膜電介質(zhì)技術(shù)相比，它還具有更佳的自修復(fù)特性。然而，當(dāng)施加交流或直流電壓時(shí)，高溫和高濕組合環(huán)境條件通常會對MKP材料產(chǎn)生巨大影響，從而導(dǎo)致電容器的加速退化并可能引發(fā)潛在的災(zāi)難性故障——其原因是鋅金屬化中的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。

圖1：施加的電壓會驅(qū)動電化學(xué)電池中的反應(yīng)。腐蝕速率與溫度，濕度和電壓偏差成正比。

如何確定EMI抑制薄膜容器的可靠性

電子行業(yè)中有源和無源元器件公認(rèn)的加速壽命測試標(biāo)準(zhǔn)是溫度濕度偏壓（THB）測試，該測試條件是在交流或直流偏置條件下，工作溫度85°C，相對濕度85％。多年依賴，各個(gè)行業(yè)（包括汽車、能源、消費(fèi)和工業(yè)）的設(shè)計(jì)人員都使用此測試，來確定其最終產(chǎn)品在惡劣氣候條件下是否具有長達(dá)25年工作的可靠性。最近，THB測試已被認(rèn)為是EMI抑制薄膜容器的IEC標(biāo)準(zhǔn)。

下表是根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)的不同溫度濕度偏置（THB）測試的條件：

表1：60384-14標(biāo)準(zhǔn),有關(guān)測試固定電容器的等級條件

工程師為了確保其產(chǎn)品通過THB評估和EMI認(rèn)證，可能會遇到一些挑戰(zhàn)。

例如，為了獲得所需的技術(shù)，在已經(jīng)元器件密集的電路中，還要想辦法加入多個(gè)EMI抑制電容器。又如下面的電路設(shè)計(jì)示例，在有限的電路板空間內(nèi)還要考慮更高的功率要求，該電路設(shè)計(jì)中用于EMI抑制電容器X2和Y2的空間十分有限。

圖2：在PCB面積有限的極端設(shè)計(jì)示例,電路中采用了WBG元器件以實(shí)現(xiàn)高能量密度的電源設(shè)計(jì)

安規(guī)電容小型化的挑戰(zhàn)與解決方案

EMI抑制電容器本身的某些限制，與其使用的薄膜質(zhì)量及其周邊灌封的保護(hù)材料相關(guān)。環(huán)氧樹脂的用量和類型、用于灌封電容器周邊的環(huán)氧樹脂，以及封裝電容器殼體的材料和厚度，對于產(chǎn)品的可靠性至關(guān)重要。此外，在制造較小電容值的電容器時(shí)，還存在機(jī)械性挑戰(zhàn)；在制造電容器時(shí)，較低容值的電容器需要較少的薄膜和金屬化材料，這樣會使產(chǎn)品更容易因潮濕而損壞。

不少薄膜電容器的生產(chǎn)商正努力研發(fā)能夠應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的產(chǎn)品，例如KEMET的F863X2系列，該技術(shù)滿足汽車應(yīng)用的AEC-Q200規(guī)格，同時(shí)為迎合消費(fèi)者市場產(chǎn)品更緊湊的尺寸和更低的成本的要求，也提供了相應(yīng)的解決方案。KEMET的R52系列也是很捧的EMI抑制解決方案，它能在惡劣環(huán)境下工作，并通過了最新的IEC-60384-14耐濕性測試，等級為IIB級。

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