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銅覆層電容在核磁共振成像中的應用

2014年02月04日  | Dave Beckett

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核磁共振成像MRI)設備通過強磁場形成影像,以便讓醫生可以診斷病人的腦部、肺部、關節和其他身體部位的病情。MRI掃描器通道中的磁場強度必須要均勻,具有統一的百萬分之一(PPM)偏差值。圖像的解析度取決於磁場強度。掃描器通道內的磁元件和輔助設備的磁元件都會在無意間增強場的強度。因此,MRI掃描器內部和周邊的元件,如電容器等,必須是沒有磁性的。


電子產業廣泛使用的多層陶瓷電容器通常具有鎳覆層。該覆層是以銀作為底層,再在其上鍍一層鎳層,這樣做可防止焊料浸出。頂部的純錫或錫/鉛鍍層可以防止鎳氧化並能形成可焊接的塗層。


鎳因為具有磁性而不適用於MRI掃描應用。另外,鑒於MRI中的高場強度,必須謹慎選取電介質材料(此處的電介質材料是指陶瓷),因為磁性材料可能含有如鎳、鐵等微量元素。一般來說,微量元素的劑量微小可以忽略不計,但是在MRI這樣極度敏感的條件下則不然。


鎳替代物

過去,在很多產業領域中的應用都無法使用鎳,而最常用的鎳替代物就是無磁性的'燒'('fired')銀/鈀(Ag/Pd)端頭。而燒銀/鈀端頭的焊料浸出能力不及鎳覆層,因此需要採用低熔點焊料(一般指鉛基焊料)加入少量銀來防止銀浸出。常用的焊料合金一般由62%的錫、36%的鉛和2%的銀組成,也稱為62s或LMP焊料合金。


最近,隨著《限用有害物質指令》(Restrictions of Hazardous Substances Directive 2002/95/EC,縮寫:RoHS)的頒佈實施,除個別特例外,電氣和電子產品中的某些材料被禁用,其中鉛首當其衝。鉛的禁用對電子設計師和廠家造成了廣泛影響,迫使他們對鉛在焊料合金中的應用進行徹底地反思。從2006年7月1日起,所有要在歐盟市場上市的新產品必須符合《限用有害物質指令》的相關規定。


因為焊接電氣、電子設備用的焊料中禁用鉛,廠商不得不轉而使用錫基焊料合金(tin based solder alloys)。錫基焊料合金的熔點更高:典型錫鉛焊料的回流焊溫度為179℃,而無鉛焊料的回流焊溫度要高於217℃。


值得注意的是,焊料中錫的含量越高,電容端頭越有可能浸出銀。人們很快就發現:在無鉛焊料合金中加入少量銀並不能像錫鉛焊料那樣防止浸出。


無磁性解決方案

為滿足醫療市場對無磁性元件日益增長的需求且確保這些元件能夠符合《限用有害物質指令》之規定,英國電容器生產商Syfer開發出了一系列無磁性多層陶瓷電容器。這些電容採用精選的非磁性C0G/NP0、高Q值、X7R電介質和無磁性的銅覆層。在產品開發過程中,Syfer考慮的重點就是確保銅覆層能夠滿足IPC 7351A標準(焊盤圖形設計標準、無鉛焊接製程指導以及焊回流週期與溫度曲線要求)與J-STD-020標準(適用於無鉛/高溫製程的潮濕/焊回流敏感表面黏著器件標準)規定的260℃高溫焊接回流溫度曲線要求。


早期的開發工作著重於規範的建立。為此,鎳覆層產品的抗浸出特性被當作是最低的可接受標準。而抗浸出特性也是帶有銅覆層的新設備所應實現的最低目標。


在電鍍製程開發過程中,Syfer試用過了多家供應商所提供的銅解決方案。在試驗了各種酸性和鹼性電鍍方案後,最終選定了最佳的電鍍方案。材料必須與電介質和底層端頭充分相容,並構成最穩定的電鍍平臺來確保元件的可靠性。


正式批准

一直以來,Syfer都與醫療器械產業的很多重要客戶保持密切的合作。其中幾家客戶已指定要使用無磁性銅覆層產品,並已成功地將該產品融入到其產品線中。


目前已有的無磁性銅覆層產品為採用C0G/NP0、高Q值、X7R電介質的多層陶瓷晶片電容器。C0G/NP0、高Q值電介質可以確保部件電容範圍控制在0.1 pF至15 nF(即50 V至3 kV)之間。此外,X7R電容的電容範圍在47 pF至6.8 μF(即16 V至2 kV)之間。


新版的X7R電介質電容目前將包含FlexiCap聚合物端頭作為標準。FlexiCap是一種專用的柔性環氧聚合物端頭材料,用於鍍有覆層的設備,協助調節板的彎曲度。這種材料幾乎可以將板的彎曲程度提高到常規電容的兩倍,使得部件更能承受壓力或極端溫度迴圈的衝擊。


銅覆層設備的包裝尺寸在0402至2225之間,操作溫度範圍為-55℃至125℃,適用於醫療器械及其他需要無磁多層晶片電容的應用。





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