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來源：Digi-Key 作者：Kevin Chow 引言 電子工業中最持久的趨勢之一就是小型化。半導體技術的改進強調減小電子元器件的尺寸，同時也需要顯著提高其性能。智能手機、可穿戴設備和平板電腦只是利用最新半導體技術的眾多設備中的幾個例子。然而，當電子器件和設備尺寸縮小并且變得更緊湊時，可靠性就成了一個重要的問題，如何抑制電噪聲或干擾的影響也成為了挑戰。因此，EMI抑制電容器在電子工業中也就發揮著更為重要的作用。 寬帶隙半導體技術介紹 寬帶隙（WBG）材料，如碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）是市場上的創新半導體技術。與傳統的硅基器件相比，它們具有更高的效率和功率密度，并且可以在更高的開關頻率和惡劣的環境下工作。寬帶隙MOSFET和二極管的出現，減小了電子元器件的尺寸，更顯著提高了效率，特別適在移動設備中應用。在電源轉換系統中，使用WBG半導體元器件可以實現更小的占板面積和更高的效率，同時在電源轉換過程中實現更低的能量損耗。受益于PCB占位面積的減小，還帶來了其他關鍵優勢，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，因此小型化的設備更容易受到電噪聲或干擾的影響。盡管在WBG設備中使用較高的頻率或可有助大大降低可聽噪聲，但它會產生更多的高頻輻射，并且需要更復雜的設計才能滿足監管機構對輻射的要求。由于這些原因，EMI抑制電容器在電子工業中起著至關重要的作用，而且在關鍵的電氣和環境應用中還需要更小型化的解決方案。 惡劣環境條件下工作的挑戰 使高電壓和高頻率的功率器件的尺寸最小化將面對兩個重要難題：更大的感應噪聲和更大的熱損耗。 這些挑戰可能會對電子器件的可靠性和性能產生重大的影響。隨著尺寸變得更小，如何讓這些電子器件在惡劣環境條件工作下并能夠延長其使用壽命，這是一個充滿挑戰的課題，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。 • 在不同的現場環境中，更小的太陽能微型逆變器和智能電表的預期使用壽命長達25年，更可以無需維修。 • 數據和通信系統的工作空間越來越小（因此每平方英尺的功率密度要求更高），以提高電子基礎設施的效率。 金屬化聚丙烯薄膜技術在EMI抑制中的挑戰 在最新的EMI抑制膜技術發展中，制造商正在通過使用新材料和改進電容器制造工藝來實現對膜元件的出色保護。這樣，產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性。 金屬化聚丙烯薄膜技術（MKP）由于其出色的每微米高電壓以及超低、穩定的耗散因子功能，是目前應用于電容器抑制EMI的主要方案之一。另外最重要的是，與其他薄膜電介質技術相比，它還具有更佳的自修復特性。然而，當施加交流或直流電壓時，高溫和高濕組合環境條件通常會對MKP材料產生巨大影響，從而導致電容器的加速退化并可能引發潛在的災難性故障——其原因是鋅金屬化中的電化學腐蝕現象。 
圖1：施加的電壓會驅動電化學電池中的反應。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 電子行業中有源和無源元器件公認的加速壽命測試標準是溫度濕度偏壓（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，各個行業（包括汽車、能源、消費和工業）的設計人員都使用此測試，來確定其最終產品在惡劣氣候條件下是否具有長達25年工作的可靠性。 最近，THB測試已被認為是EMI抑制薄膜容器的IEC標準。 下表是根據IEC標準的不同溫度濕度偏置（THB）測試的條件：
表1：60384-14 標準, 有關測試固定電容器的等級條件 工程師為了確保其產品通過THB評估和EMI認證，可能會遇到一些挑戰。 例如，為了獲得所需的技術，在已經元器件密集的電路中，還要想辦法加入多個EMI抑制電容器。又如下面的電路設計示例，在有限的電路板空間內還要考慮更高的功率要求，該電路設計中用于EMI抑制電容器X2和Y2的空間十分有限。
圖2：在PCB面積有限的極端設計示例, 電路中采用了WBG元器件以實現高能量密度的電源設計 安規電容小型化的挑戰與解決方案 EMI抑制電容器本身的某些限制，與其使用的薄膜質量及其周邊灌封的保護材料相關。環氧樹脂的用量和類型、用于灌封電容器周邊的環氧樹脂，以及封裝電容器殼體的材料和厚度，對于產品的可靠性至關重要。此外，在制造較小電容值的電容器時，還存在機械性挑戰；在制造電容器時，較低容值的電容器需要較少的薄膜和金屬化材料，這樣會使產品更容易因潮濕而損壞。 不少薄膜電容器的生產商正努力研發能夠應對這一挑戰的產品，例如KEMET的F863 X2系列，該技術滿足汽車應用的AEC-Q200規格，同時為迎合消費者市場產品更緊湊的尺寸和更低的成本的要求，也提供了相應的解決方案。 KEMET的R52 系列也是很捧的EMI抑制解決方案，它能在惡劣環境下工作，并通過了最新的IEC-60384-14耐濕性測試，等級為IIB級。 EMI抑制薄膜電容器的選擇 如果想搜索一些EMI抑制電容器, 可以在直接在Digi-Key的官網搜索框中鍵入「EMI抑制 電容器」這一關鍵詞進行搜索。
進入「薄膜電容」頁面后，可以看到不同類型的薄膜電容，包括「介電材料」、「尺寸」及「特點」的參數，方便工程師進行篩選、搜索及選料。 本文小結 當元器件和設備尺寸縮小并變得更緊湊時，如何抑制電噪聲或干擾的影響就成為了一項挑戰。正確的電容的選料有助于實現EMI抑制解決方案。基于金屬化聚丙烯薄膜技術的EMI抑制電容器具有獨特的優勢。另外，還需要考慮符合THB測試要求，并通過了IEC-60384-14 IIB級耐濕性測試，因為這是一個確保電容器在嚴苛環境下仍有高可靠性性能表現的重要的指標。 |
