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）以yi及ji強qiang電dian場chang可ke能neng引yin起qi周zhou圍wei空kong氣qi發fa生sheng電dian離li等deng因yin素su

，會hui威wei脅xie到dao高gao壓ya工gong作zuo元yuan器qi件jian的de安an全quan性xing。當dang發fa生sheng電dian離li時shi
，如ru果guo所suo加jia偏pian壓ya超chao過guo電dian離li空kong氣qi的de起qi始shi電dian壓ya，則ze不bu同tong電dian位wei的de器qi件jian端duan子zi或huo電dian極ji之zhi間jian會hui形xing成cheng導dao電dian通tong路lu，從cong而er導dao致zhi電dian暈yun放fang電dian或huo電dian弧hu放fang電dian。

 

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、濕(shi)度(du)和(he)端(duan)子(zi)爬(pa)電(dian)距(ju)離(li)等(deng)。反(fan)過(guo)來(lai)，爬(pa)電(dian)距(ju)離(li)又(you)受(shou)器(qi)件(jian)表(biao)麵(mian)是(shi)否(fou)有(you)汙(wu)染(ran)物(wu)影(ying)響(xiang)，例(li)如(ru)導(dao)電(dian)灰(hui)塵(chen)顆(ke)粒(li)或(huo)積(ji)聚(ju)的(de)水(shui)分(fen)。具(ju)有(you)高(gao)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)的(de)陶(tao)瓷(ci)材(cai)料(liao)（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。

 

duanzizhijianfashengdianhufangdiankeyichixu，danruguozaiqijianbiaomianfanfufashengdianyunfangdian
，zesuizheshijiandetuiyi，huichanshengtanhuaguidao，congerjianlidaodiantonglu。suizhefangdianjixufasheng
，zhezuizhonghuidaozhiduanluguzhang。

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，形xing成cheng光guang滑hua無wu孔kong的de表biao麵mian，從cong而er使shi汙wu染ran物wu或huo水shui分fen積ji聚ju發fa生sheng的de可ke能neng性xing最zui小xiao。盡jin管guan事shi實shi證zheng明ming這zhe種zhong技ji術shu有you效xiao
，但dan也ye存cun在zai若ruo幹gan缺que點dian
，包bao括kuo材cai料liao的de成cheng本ben和he運yun用yong它ta的de額e外wai工gong藝yi開kai銷xiao。此ci外wai，如ru果guo器qi件jian主zhu體ti沒mei有you完wan全quan封feng裝zhuang
，或huo者zhe有you塗tu層ceng受shou損sun，則ze塗tu層ceng的de有you效xiao性xing會hui受shou到dao影ying響xiang。

 

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。

yigelizishijilianneibudianjisheji。zhezhongfangfayouchengweifudongdianjihuochuanliandianrongqijishu，takeyiyiyuchuanlianlianjieduogedianrongqixiangtongdefangshitigaoedingdianya
，bingyouxiaozengjiapadianjuli
，congerjiangdizaishijiagaodianchangqiangdushichanshengdianhudekenengxing。rutusuoshi，fudongdianjishejihaiketongguofangzhirenheyiduixiangduidianjizhijianyouliefengchuanguo，fashengduanlu，laiyouxiaojianqingnaolie。yunaoquxiangguandeliefengkenengjinhuiyinqidianrongsunshihuoanquandekailuguzhang。yigequedianshi，jiuxiangchuanlianlianjiefenlidianrongqiyiyang，chuanliandianrongqifangfahuijiangdiyouxiaodianrong。

 

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。
 

dangduanziliangduanjiayougaoyapianyabingqiechaoguodianrongqizhouweidianlikongqidechushidianyashi，caiyonggaipingbidianjikefangzhidianyunfangdianyinqiduanzihediyigeduidianjizhijianfashengdianjiezhijichuan，congerfangzhichuxianqianmiantu2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。