【導(dǎo)讀】近年，隨著汽車電子化進程的不斷推進，以音頻和導(dǎo)航系統(tǒng)為首的車載用各種數(shù)碼設(shè)備不斷增加。車載用數(shù)碼設(shè)備的電子元器件追求的是小型化、耐高溫、高可靠性的要求。村田將在這里介紹一種最高可在105℃的高溫環(huán)境下作業(yè)的繞線型電感器。
前言
近年，隨著汽車電子化進程的不斷推進，以音頻和導(dǎo)航系統(tǒng)為首的車載用各種數(shù)碼設(shè)備不斷增加。此外，各國規(guī)定了汽車后視攝像頭、車道偏離警告系統(tǒng)、自動緊急制動系統(tǒng)的義務(wù)搭載，使這些數(shù)碼設(shè)備中用來轉(zhuǎn)換電源電壓的電路里面所使用的功率電感的需求明顯增加。
功率電感的種類很多。最具代表性的一種型號是在鼓芯外面包裹絕緣涂層的銅線，在周圍加一個套筒核心，而涂層是一種混合性磁性材料制成的樹脂。另一種是空芯線圈和金屬粉末材料一體成型的金屬復(fù)合型型號。端子電極的話也分為金屬框架端子、焊錫電極、導(dǎo)電粘合劑等多個種類。
另一方面，車載用數(shù)碼設(shè)備的電子元器件追求的是小型化、耐高溫、高可靠性的要求。我們將在這里介紹一種最高可在105℃的高溫環(huán)境下作業(yè)的繞線型電感器（圖1的LQH**PB系列）。
圖1：汽車信息設(shè)備用功率電感LQH**PB系列 (由左向右依次：32PB, 43PB, 5BPB)
上述LQH系列在鼓芯外面纏繞的絕緣涂層銅線的周圍，應(yīng)用的磁性樹脂起到了減少漏磁通、保護絕緣涂層銅線，提高產(chǎn)品強度的作用。構(gòu)造概論如圖2所示。
圖2： LQH系列的構(gòu)造概論
商品特征
耐熱沖擊特性提高（磁性樹脂材料的改良）
車載用的電子元器件都要求進行最低使用溫度⇔最高使用溫度1000輪的熱沖擊試驗。在這當(dāng)中，車載信息設(shè)備用更是規(guī)定在-40℃⇔+105℃的溫度條件下進行1000輪的熱沖擊試驗。
繞線型電感器的涂層材料“磁性樹脂”中含有環(huán)氧樹脂，它將玻璃化轉(zhuǎn)變點作為界限實現(xiàn)很大的膨脹跟收縮，在-40℃⇔+105℃ / 1000輪的熱沖擊試驗中，磁性樹脂也會發(fā)生裂縫。此外，電感器的鼓芯部分使用的是鐵氧體材料，這種鐵氧體材料和磁性樹脂存在熱膨脹系數(shù)差。如果這種熱膨脹系數(shù)差很大的話，磁性樹脂的膨脹和收縮會導(dǎo)致應(yīng)力傳遞到鼓芯，使鼓芯發(fā)生裂縫。
此次，由于我們添加了提高硬化涂膜強度的材料，從而開發(fā)出了車載信息設(shè)備用的樹脂，這種樹脂在抑制磁性樹脂發(fā)生裂紋的同時，鼓芯跟磁性樹脂的熱膨脹系數(shù)差接近時減小鼓芯應(yīng)力，也能抑制鼓芯的裂紋。通過這些提高耐熱沖擊，我們開發(fā)出了新產(chǎn)品，即使是針對車載信息設(shè)備所要求的-40℃⇔+105℃/1000輪的熱沖擊試驗中也不會發(fā)生磁性樹脂、鼓芯裂紋的現(xiàn)象。
熱沖擊投入周期數(shù)和裂紋發(fā)生率的關(guān)系如圖3所示。一般民用市場的磁性樹脂在1000輪以下就會產(chǎn)生裂紋，而我們開發(fā)的車載信息設(shè)備用磁性樹脂在2000輪之后仍然沒有產(chǎn)生裂紋。并且確保即使在更嚴厲的-40℃⇔+125℃環(huán)境下的熱沖擊試驗中也不會產(chǎn)生裂紋。
圖3：熱沖擊試驗投入周期 vs裂紋發(fā)生率
-40℃⇔+105℃/2000輪熱沖擊試驗前后的外觀圖片以及主要電氣特征的變化如圖4、5所示。
磁性樹脂和鼓芯都沒有看見裂紋產(chǎn)生。另外，電氣特征的變化也控制在±1%以內(nèi)。-40℃⇔+105℃的環(huán)境下外觀上沒有任何的破壞，并且電氣特征保持穩(wěn)定，這使其成為了能夠滿足車載用電子元器件性能要求的產(chǎn)品。
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圖4： 熱沖擊實驗前后的外觀變化
圖5：熱沖擊實驗前后的主要電氣特征的變化
產(chǎn)品一覽
汽車信息設(shè)備用功率電感以下的4個系列已經(jīng)產(chǎn)品化。各產(chǎn)品概要如表1所示。
尺寸一覽，從最大3.2×2.5×1.7mm到最大5.0×5.0×2.2mm已經(jīng)產(chǎn)品化。
表1，車載信息設(shè)備用功率電感LQH**PB系列的產(chǎn)品概要
圖6：代表項 (1.0µH/4.7µH/22µH)的直流重疊特性
結(jié)語
我們產(chǎn)品化了車載信息設(shè)備用的高可靠性功率電感LQH**PB系列。由于能夠提供此類產(chǎn)品，為汽車多功能化、提高安全性，特別是通過搭載EV/PHEV從而減輕了環(huán)境負荷為保護地球環(huán)境做出了貢獻。
此外，今后還將積極地對應(yīng)如今正在逐漸擴大的小型化、高溫環(huán)境的需求，提高繞線型電感器的功能，為汽車市場的需求做出貢獻。
