Le autovetture moderne prevedono la presenza di mille, o più, Mlcc. Anche se questi condensatori sono noti per la loro lunga vita operativa e per la loro alta affidabilità, l’ambiente operativo al quale sono esposti i dispositivi elettronici per l’industria automobilistica è soggetto ad alte oscillazioni di temperatura, da −40 a 125 °C (in alcune applicazioni si arriva anche a 150 °C), a urti, a vibrazioni e a molti altri fattori avversi che possono influire sulle saldature. Inoltre, l’uso sempre più frequente di saldature senza piombo, meno elastiche rispetto alle saldature convenzionali, generano connessioni saldate più rigide e più fragili. Il risultato sono saldature che potranno essere soggette a fessurazioni a livello delle connessioni quando il Pcb si piega, o si flette, a causa di uno shock termico o di altre sollecitazioni meccaniche. La ricerca di una soluzione a questo problema è uno degli obiettivi più importanti per migliorare l’affidabilità delle saldature. Il problema dell’affidabilità delle connessioni può essere affrontato, per esempio, migliorando le proprietà fisiche delle saldature senza piombo, oppure riducendo la dimensione dei componenti, anche se, comunque, si tratta di una soluzione definitiva. Per questa ragione, TDK-EPC ha sviluppato Mlcc con terminazioni morbide e flessibili, adatte ad assorbire, e a ridurre, le sollecitazioni di flessione che gravano su un circuito stampato. Utilizzano uno strato di elettrodi di resina conduttiva fra la base di rame e la nichelatura dell’elettrodo terminale. Questo strato consente di assorbire, e attenuare, le sollecitazioni da flessione sul circuito stampato generate da fattori come l’alta temperatura e gli urti, evitando, in questo modo, la formazione di fessurazioni nella saldatura. La resina conduttiva, di per se stessa, è composta di resina epossidica, o altre resine sintetiche, miscelate con un materiale di riempimento di particelle conduttive (come l’argento).
Alta resistenza alle sollecitazioni termiche
e alle flessioni della scheda
L’ente Japanese Industrial Standards indica vari metodi di prova per determinare alcune caratteristiche degli Mlcc saldati a un Pcb, e tra queste vi sono la resistenza alle sollecitazioni termiche e meccaniche. Una centralina elettronica di controllo inserita nel vano motore dell’auto è soggetta a vibrazioni, urti e flessioni che si riflettono sul Pcb. Inoltre, le sollecitazioni termiche e le variazioni di temperatura che generano espansioni e contrazioni sono anch’esse condizioni che aumentano il rischio di formazione di fessurazioni. I risultati di una prova di shock termico (3000 cicli) mostrano una variazione ciclica della temperatura da −55 a +125 °C. Mentre la resistenza di aderenza di un Mlcc convenzionale diminuisce del 90%, quella di un Mlcc con terminali di resina conduttiva si limita al solo 50%. Gli Mlcc convenzionali evidenziano fessurazioni a livello delle saldature; al contrario, un Mlcc con terminazioni morbide di resina conduttiva presenta solo una separazione parziale della nichelatura e degli strati di resina conduttiva. Una prova di flessione della scheda ha prodotto risultati simili. Già a una flessione di 4 mm, un Mlcc convenzionale mostra una fessurazione a livello dell’elemento ceramico, mentre un Mlcc con terminali morbidi può agevolmente sopportare una flessione pari a più del doppio. Inoltre, con l’applicazione di una tensione eccessiva, l’elemento ceramico di un Mlcc convenzionale sviluppa fessurazioni, mentre un Mlcc con terminali di resina conduttiva mostra solo una separazione della nichelatura dallo strato di resina conduttiva, senza alcuna fessurazione.
Come evitare le fessurazioni a livello dell’Mlcc
Le fessurazioni che coinvolgono l’elemento condensatore possono rappresentare un problema più grave di quello delle fessurazioni della saldatura. Se la fessurazione distrugge l’elettrodo interno, si può verificare una carica dielettrica distruttiva. Le fessurazioni di elementi del condensatore seguono, di solito, uno schema prestabilito. Quando l’elettrodo del terminale è saldamente connesso tramite saldatura, la sollecitazione di flessione si concentra sulla sezione di connessione dell’elettrodo terminale e la fessurazione, di solito, si sviluppa a partire dalla punta dell’elettrodo e avanza lungo l’elemento ceramico. Spesso, le fessurazioni nell’elemento del condensatore si verificano a causa di una scorretta manipolazione del PCB dopo il montaggio di un componente. Per migliorare l’efficienza in fase di produzione, i componenti si trovano tutti su un’unica scheda continua della linea di montaggio di un’operazione, che verrà successivamente suddivisa in schede singole. Se le schede vengono separate manualmente, invece che tagliate singolarmente o con strumenti speciali, la sollecitazione di flessione può generare fessurazioni dell’elemento condensatore. TDK-EPC ha risolto con successo il problema dell’affidabilità delle connessioni quando si adottano saldature senza piombo, sviluppando un Mlcc con uno strato di resina conduttiva all’interno dell’elettrodo terminale. Questa tecnica si adatta anche alla produzione di condensatori di grandi dimensioni e ad alta capacità, aumentando, in questo modo, la gamma di opzioni a disposizione degli ingegneri progettisti. Pertanto, le aree di applicazione degli Mlcc con terminali morbidi non si limitano solo al settore dell’industria automobilistica, ma anche a tutte le apparecchiature elettroniche da installare all’esterno e in condizioni ambientali severe.
