KEMET两大创新技术打造高可靠性高压车用MLCC

片式多层陶瓷电容器 (简称MLCC) 凭借容量范围宽、频率特性好、体积超小、无极性、自动化生产适配度高等特点，应用领域极其广泛，被称为“电子工业的大米”，并且正通过技术进步，不断向新的市场空间渗透。

近年来，随着汽车电气化和智能化的发展，车载应用已经成为MLCC的一个重要市场，而且值得注意的是——电气化和智能化水平越高的汽车，对于MLCC的需求量也越大。有分析显示，一辆传统内燃机汽车上的MLCC用量约为3,000颗，而对于纯电动的智能车型，单车MLCC的用量则会高达18,000颗！

车用MLCC面对的双重挑战

虽然市场前景可期，不过众所周知，想要“上车”的元器件必须要经受得住更严苛的考验。这对于车用MLCC也不例外，与通用版本的MLCC相比，其必须面对来自各类汽车应用的双重挑战。

第一重挑战来自于“高电压”。在电气化和智能化的推动下，汽车的功率需求越来越大，车用MLCC也面临着越来越多的“高压环境”，由此带来的挑战远比我们想象的更为复杂和严峻。具体来讲，这些挑战体现在以下几个方面：

电场应力下的元件老化

在高电压持续作用下，MLCC内部的介质材料将承受巨大的电场应力，这种应力长时间作用，会在MLCC电介质内部积累疲劳损伤，造成绝缘电阻下降，加速元件老化；极端情况下甚至会发生介质击穿，导致元件失效。

局部放电与表面爬电

电容器内部或表面存在的微小空隙、裂纹或污染物，在高电压下其附近会发生空气电离，产生肉眼不可见的局部放电，随着时间推移会引发介质劣化、电容漂移，甚至失效。而电容器表面端子间的爬电距离不足，高电压还可能会通过表面“拉弧”造成短路。

压电效应产生的开裂风险

当高频纹波电压施加到电容器上时，会因逆压电效应产生微小的机械振动，这种振动若与PCB的机械谐振频率耦合，会叠加为周期性机械应力，增加元件焊点和陶瓷本体上产生裂纹的风险。

电压系数导致的容值衰减

X7R等陶瓷介质在施加直流偏压时，其介电常数会显著下降，导致实际电容值远低于标称值，进而导致性能“打折”及功能性失效。

除了高电压，车用MLCC与其他车载元器件相同，还必须面对恶劣环境的“魔鬼考验”，具有更出众的可靠性，这就是第二重挑战。车用MLCC的可靠性挑战可归纳为三点：

振动与机械应力

持续的高强度振动可能会在陶瓷体内部引发微裂纹，或者导致MLCC焊点疲劳断裂，这种损伤无疑是系统可靠性的“隐形杀手”。

极端温度的冲击

车用MLCC往往需承受从-40℃至150℃的极端温差，不同材料的热膨胀系数差异会在温度循环中产生机械应力，进而导致介质层开裂或电极氧化，引发元件性能劣化或失效。

长期性能稳定性

汽车的设计寿命通常要求超过10年或15万公里，因此车用MLCC必须具有出色的复杂环境耐受性，通过AEC-Q200这一“准入门槛”的严苛认证，确保在整个生命周期内性能的稳定。

综上所述，车用MLCC既要面对高电压环境的考验，又要经受来自机械冲击、极端温度、复杂环境等多方面的挑战，因此如何打造具有高可靠性的高压MLCC，就成了车用MLCC技术演进的一个重要考量。

高压车用MLCC两大赋能技术

想要打造可靠的高压车用MLCC，传统标准MLCC的结构和工艺显然无法满足要求，在这个基础上修修补补难免力不从心，这时就需要颠覆性的新思路，能够从根源上化解风险，为产品创新打开突破口。

好消息是，这个“突破口”被YAGEO集团旗下的KEMET找到了！通过巧妙地整合浮动电极 (Floating Electrode) 和柔性端子 (Flexible Termination) 两大创新技术， KEMET成功地解决了车用MLCC面临的高电压、高可靠性设计难题。

KEMET是如何做到的？下面我们就从解读浮动电极和柔性端子两大技术入手，为大家揭秘。

1浮动电极技术

传统MLCC中，内电极是采用交错连接至两端端子的并联方式，以此在单位体积内获得较大的容量。而浮动电极采用了一个巧妙的设计变革，通过在内电极中配置不直接连接外部端子的浮空电极片，形成了一种级联/串联电极设计，其等效电路可以看做在单个单片结构内配置形成多个串联的电容器。

不难理解，采用浮动电极的架构，相当于将几个耐压较低的电容单元串在一起，形成了一个高压电容。根据串联分压原理，施加在元件两端的总电压将被均匀分配到内部每一个串联的电容单元上，因此每个电容单元介质层实际承受的电压将远低于总电压。换言之，采用浮动电极技术的电容器在相同介质厚度下，能够耐受更高的电压和静电放电 (ESD) 冲击。

除了更“耐压”，浮动电极还具有一个避免短路失效的关键特性。传统MLCC在遭受机械应力、产生裂纹时，裂纹极易连通上下电极，导致短路失效，进而增加电路过热甚至起火的安全风险。而浮动电极设计因其内部电极的串联结构，即使产生裂纹，通常也只会切断某个串联单元的连接，造成电容值下降，但电容器整体仍呈现高阻或开路状态，从而杜绝短路失效风险，大大提升了系统设计的安全性和可靠性。

总之，采用浮动电极技术，虽然与并联结构的普通MLCC相比在容量上有所折中，但却带来了更优的高耐压和高安全特性，这正是车载高压应用中不可或缺的要素。

2柔性端接技术

如果说浮动电极技术是从MLCC的“内部”结构上解决问题，那么柔性端接技术则是在MLCC的“外部”端子设计上做文章。

大家知道，传统的MLCC端接是刚性的，其焊接在PCB上，当PCB发生弯曲变形时，所有的机械应力就会传递到相对脆弱的MLCC陶瓷体上，极易形成裂纹等损伤。而KEMET的柔性端接技术，在标准MLCC端接系统中的贱金属层 (铜) 和镍阻挡层之间，加入了一层导电银环氧树脂材料，这就像是在电容器坚硬的陶瓷本体与外部电路板之间，垫上了一块 “缓冲垫”，可以大大舒缓来自外部环境的机械应力冲击。

柔性端接技术对于提升车用MLCC可靠性的作用体现在两个方面：首先，在复杂的PCB装配和严苛的车载振动环境中，能够更有效地吸收和分散来自PCB的拉伸与剪切应力，避免MLCC陶瓷本体遭受损伤，可以让MLCC获得高达5mm的抗PCB弯曲能力；其次，环氧树脂层在提供柔韧性的同时，仍能够确保端子的连接强度、可焊性和电气性能，不打折扣。

可以说，柔性端接技术以一种“刚柔并济”的方式，为车用MLCC提供了一道坚实的可靠性屏障。与浮动电极技术联手，两者更是相得益彰，造就出可靠的高压MLCC产品。

KEMET高压浮动电极MLCC

将浮动电极与柔性端接这两项关键赋能技术合二为一，一个成功的范例就是KEMET的FF-CAP系列高压MLCC，它继承了两种技术的全部优势，成为汽车高压电路设计的理想之选。

FF-CAP系列高压MLCC提供500VDC至3kVDC的额定电压，电容值范围覆盖从10pF到220nF，具有低ESR和ESL的特性，以及-55°C至+125°C的宽工作温度范围，符合AEC-Q200车规认证，以及RoHS和REACH等环保标准，可以满足各种车载高压MLCC的应用所需。

有了这样的技术底蕴，KEMET自然能够更加游刃有余地扩充其高压浮动电极MLCC产品组合。目前，这一产品组合中不仅包括单位体积电容更高的X7R介质产品，满足高压、高容值应用的要求，也包括高频特性和容值稳定性更佳、适配宽禁带半导体器件的C0G介质产品，在确保性能和可靠性的同时，更大限度地扩展高压浮动电极MLCC的应用版图。

X7R	混合电容
EV/HEV驱动系统、充电 LCD荧光背光镇流器 功率转换器 LAN/WAN接口 电压倍增电路 高压去耦	EV/HEV驱动系统、充电 高频功率转换器 WBG、SiC和GaN系统 缓冲电路（高dV/dT）

表1：X7R和C0G介质MLCC的典型应用（资料来源：KEMET）

本文小结

总之，浮动电极技术为车用MLCC带来了更高的耐压和ESD性能，柔性端接技术则为车用MLCC提供了高达5mm的抗板弯曲能力，使其在可靠性上更上层楼；两者优势叠加，不仅能够满足新一代汽车应用在小型化、高耐压上对于MLCC的新要求，也以更高的可靠性为汽车电子系统设计提供了更大的安全冗余空间。

KEMET的高压浮动电极MLCC就是依托这两大赋能技术炼成的！对于追求高性能、高可靠汽车电子设计的工程师而言，这无疑是不可或缺的理想之选。

KEMET高压浮动电极MLCC性能一览（图源：KEMET）