汽车级金属化聚丙烯薄膜 EMI 抑制电容器 R4Y 深度解析

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的电容器对于实现电磁干扰（EMI）抑制至关重要。今天，我们就来深入探讨一款高性能的汽车级电容器——KEMET 的 R4Y 金属化聚丙烯薄膜 EMI 抑制电容器。

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一、R4Y 概述与应用场景

1. 基本结构

R4Y 采用金属化聚丙烯薄膜构造，并用自熄性树脂封装在符合 UL 94 V–0 要求的材料盒中。这种结构设计使得电容器具有良好的电气性能和安全性。

2. 应用场景

它主要用于“线对地”应用中的电磁干扰（EMI）抑制滤波器，需要 Y1 安全等级。适用于电容器故障可能导致触电危险的情况。而且其汽车级版本满足汽车电子委员会（AEC）的 AEC–Q200 严格资格要求，可广泛应用于汽车电子系统中。你在设计汽车电子设备时，是否会优先考虑这类满足高规格要求的电容器呢？

二、R4Y 的显著优势

1. 认证齐全

获得了 ENEC、UL、cUL、CQC 等多项认证，这意味着它在质量和安全性方面得到了国际认可。

2. 电气性能优越

• 电压与电容：额定电压为 500 VAC（50/60 Hz），电容范围在 0.00047 – 0.033 µF 之间，能满足多种不同的设计需求。
• 电容公差：提供 ±20% 和 ±10% 两种电容公差选择，方便工程师根据实际精度要求进行挑选。

  3. 环境适应性强

• 温度范围：工作温度范围为 -40˚C 到 +125˚C，能适应各种恶劣的工作环境。
• 气候类别：符合 40/110/56（IEC 60068 - 1）的气候类别要求，具有良好的稳定性。

  4. 其他特性

  具有自愈合特性，即使在出现局部故障时，电容器也能自动恢复部分性能，提高了可靠性。同时，它还符合 RoHS 标准，采用无铅端接，环保又安全。

三、产品编号系统及订购选项

1. 编号系统

R4Y 的产品编号包含了系列、额定电压、引脚间距、电容代码、包装、内部使用和电容公差等信息。例如，编号“R4Y 5 I 2100 00 00 M”，各位工程师可以根据这个编号系统快速了解电容器的各项参数。具体如下表：	R4Y	5	一	2100	00	00	M
Series	Rated Voltage (VAC)	Lead Spacing (mm)	Capacitance Code (pF)	Packaging	Internal Use	Capacitance Tolerance
Y1, Metallized Polypropylene	5=500	I=15.0 N=22.5	The last three digits represent significant figures. The first digit specifies number of zeros to be added.	See Ordering Options Table	00	K=+10% M=+20%

2. 订购选项

提供了多种引脚间距、引脚类型和包装方式供选择。引脚间距有 15mm 和 22.5mm 两种，包装方式包括散装（短引脚、长引脚）、弹药包装、卷带包装（大卷、标准卷）等。不同的包装方式适用于不同的生产工艺和应用场景，你在订购时会如何根据实际需求选择合适的包装呢？具体的订购选项如下表：	Lead Spacing Nominal (mm)	Type of Leads and Packaging	Lead Length (mm)	Lead and Packaging Code
	Standard Lead and Packaging Options
15 22.5	Bulk (Bag) - Short Lead	4+2/-0	00
Ammo Pack	H=18.5+0.5	DQ1
Other Lead and Packaging Options
Tape & Reel(Large Reel)	H=18.5+0.5	CK
Tape & Reel (Standard Reel)	H=18.5+0.5	GY
Pizza-Short Leads	3.2+0.3/-0.2	HA
Bulk (Bag)2- Short Leads	3.5+0.5/-0	JB
Bulk (Bag)2 - Short Leads	4.0+0.5/-0	JE
Bulk (Bag)2 - Short Leads	3.2+0.3/-0.2	JH
Bulk (Bag)- Long Leads	18+1	M4
Bulk (Bag)- Long Leads	30+5/-0
Bulk (Bag)- Long Leads	25+2/-1	50

四、性能特性剖析

1. 内部结构与材料

• 电介质：采用聚丙烯薄膜，具有低损耗、高绝缘电阻等优点。
• 极板：通过真空蒸发沉积金属层，确保了良好的导电性。
• 绕组：非感性类型，减少了电感对电容器性能的影响。
• 引脚：镀锡线，提高了焊接性能。
• 保护：塑料外壳填充热固性树脂，盒材料具有耐溶剂性和阻燃性（符合 UL 94）。

  2. 电气性能指标

• 电压参数：额定电压 500 VAC（50/60 Hz），最大连续交流电压 750 VAC（50/60 Hz，1000 小时），最大连续直流电压在 85°C 时为 3000 VDC（1000 小时），在 +85°C 到 +125°C 范围内需按 1.5% /°C 降额使用。
• 电容参数：电容值遵循 E6 系列（IEC 60063），电容公差为 ±10% 或 ±20%。
• 温度特性：温度范围为 -40°C 到 +125°C，在不同温度下能保持相对稳定的性能。
• 可靠性：在额定电压下，85°C 时的使用寿命为 100,000 小时，125°C 时为 2000 小时。存储时间 ≤ 24 个月，存储条件要求平均相对湿度每年 ≤ 70%，随机分布在全年的 30 天内相对湿度 ≤ 85%，且无结露现象，温度范围为 -40 到 80°C。

  3. 其他性能指标

• 损耗因数：在 +25°C ±5°C 和 1 kHz 条件下，引脚间距为 15mm 时最大为 1.0%，22.5mm 时最大为 0.6%。
• 绝缘电阻：在 +25°C ±5°C 下，充电电压 500 VDC 持续 1 分钟，电容 C ≤ 0.33 μF 时，绝缘电阻 ≥ 1 • 105 MΩ（典型值 ≥ 5 • 105 MΩ）。

五、资格认证与环境测试

1. 汽车级资格认证

R4Y 的汽车级产品符合或超过汽车电子委员会（AEC）规定的要求，具体测试方法和条件可参考文档 AEC–Q200。这为其在汽车电子领域的应用提供了可靠保障。

2. 环境测试

进行了多项环境测试，如耐久性测试（IEC60384 - 14）、振动测试（MIL - STD - 202 Method 204）、机械冲击测试（MIL - STD - 202 Method 213）、温度循环测试（JESD22 - Method JA - 104）、被动可燃性测试（IEC60384 - 14）和偏置湿度测试（根据 IEC 60384 - 14 Grade IB）等。通过这些测试，验证了电容器在不同环境条件下的性能稳定性。具体测试信息如下表：	Test	IEC Publication	Procedure
Endurance	IEC60384-14	1.7xV,VAC 50 Hz,once every hour increase to 1,000 VAC for 0.1 second, 1,000 hours at upper rated temperature(110°C)
Vibration	MIL-STD-202 Method 204	5 G for 20 minutes, 12 cycles each of orenatinS ue S6"PCR 0.031"thick. 7 secure points on one 8"side and 2 secure points at corners of opposite sides/Parts mounted within 2from any secure point. Test from 10-2,000 Hz.
Mechanical Shock	MIL-STD-202 Method 213	Figure 1 of Method 213.Condition C
Temperature Cycling	JESD22-Method JA-104	1,000 cycles (-40°Cto 110°C) Note: Measurement at 24 +4 hours after test conclusion.30 minute maximum dwell time at each temperature extreme.1 minute maximum transition time.
Passive Flammability	IEC60384-14	IEC 60384-1,IEC 60695-11-5 Needle Flame Test
Biased Humidity	According to IEC 60384-14 Grade IB	85℃C,85%RH and 500 VAC, 500 hours Capacitance change (A C/C):s10% Dissipation factor change (Atan6):≤ 150*10*(at1 kHz for Cap>1 pF) Dissipation factor change (Atan6):s 240*10(at 10 kHz for Caps1F) IR≥50% of initial limit or minimum 200 MQ

3. 认证情况

还获得了 IMQ S.p.A.、UL、CQC 等机构的认证，不过部分认证文件编号仍在待定中。具体认证信息如下表：	Certification Body	Mark	Specification	File Number
IMQ S.p.A.		EN/IEC 60384-14	Pending
UL	c9UuS	UL60384-14 and CAN/CSA E60384-14	Pending
CQC		IEC 60384-14	Pending

六、焊接与安装注意事项

1. 焊接工艺

由于 RoHS 指令的实施，焊接材料选择了 SnAgCu（SAC）合金或 SnCu 合金，这使得焊接温度升高，对电容器的热应力增加。聚丙烯电容器对热特别敏感，尤其是机械尺寸较小（引脚间距 5mm 到 15mm）的电容器，在焊接时需要格外小心。推荐使用 KEMET 提供的焊接曲线，如 IEC Publication 61760 - 1 Edition 2 的波峰焊接曲线。

2. 焊接建议

• 波峰焊接：不同介质薄膜材料的电容器有不同的最大预热温度和最高峰值焊接温度要求。例如，聚丙烯电容器在引脚间距 ≤ 15mm 时，最大预热温度为 125°C，最高峰值焊接温度为 260°C；引脚间距 > 15mm 时，最大预热温度为 130°C，最高峰值焊接温度为 270°C。同时，要确保电容器内部的最大温度不超过 125°C。具体焊接参数如下表：	Dielectric Film Material	Maximum Preheat Temperature		Maximum Peak Soldering Temperature
  Capacitor Pitch ≤15mm	Capacitor Pitch >15mm	Capacitor Pitch ≤15mm	Capacitor Pitch >15mm
  Polyester	130℃	130℃	270℃	270℃
  Polypropylene	125℃	130℃	260℃	270℃
  Paper	130℃	140℃	270℃	270℃
  Polyphenylene Sulphide	150℃	160℃	270℃	270℃

• 手动焊接：烙铁头温度应设置在 350°C（最大 +10°C），焊接持续时间不超过 3 秒。

• 选择性焊接：是回流焊接的一种变体，温度曲线与双波峰流动焊接类似，但只有一个焊锡槽，焊接时间为 3 到 10 秒。由于过热风险较大，需要特别注意防止零件过热。

  3. 安装注意事项

  电容器设计用于 PCB 安装，支脚管必须与印刷电路板良好接触，电容器本体需要适当固定（如夹紧或胶合），以确保其在振动和机械冲击等环境下的稳定性。同时，要进行 AEC - Q200 机械应力测试，包括机械冲击（MIL - SDT - 202 Method 213，峰值 100 g，持续 6 ms，半正弦波）和振动测试（MIL - SDT - 202 Method 204，5 g 持续 20 分钟，3 个方向各 12 个循环，测试频率范围 10 – 2000 Hz）。

七、产品标识、包装与销售信息

1. 产品标识

采用热压印（带或不带颜色）、喷墨或激光标记等方式进行标识，包含制造日期代码（遵循 IEC 60062）。通过日期代码，工程师可以了解电容器的生产时间，这对于产品追溯和质量控制非常有帮助。具体的日期代码对应关系如下表：	Year	Code	Year	Code	Year	Code	Month	Code	Month	Code
2020	M	2027	V	2034	E	January	1	July	7
2021	N	2028	W	2035	F	February	2	August	8
2022	P	2029	X	2036	G	March	3	September	9
2023	R	2030	A	2037	H	April	4	October	0
2024	S	2031	B	2038	K	May	5	November	N
2025	T	2032	C	2039	L	June	6	December	D
2026	U	2033		2040	M

2. 包装信息

提供了多种包装方式，不同的引脚间距、厚度、高度和长度对应不同的包装数量。例如，引脚间距为 15mm，厚度 5.0mm，高度 11.0mm，长度 18.0mm 的电容器，散装短引脚包装数量为 2000 个，散装长引脚包装数量为 1000 个等。具体的包装数量信息如下表：	Lead Spacing (mm)	Thickness (mm)	Height (mm)	Length (mm)	Bulk Short Leads1	Bulk Long Leads		Standard Reel 355mm GY	Large Reel 500mm	Ammo Taped DQ	Pizza HA
Lead And Packaging Code:				00-JA-JB JE-JH	40-50	JM	CK
15	5.0	11.0	18.0	2,000	1,000	1,250	600	1,250	800	1122
6.0	12.0	18.0	1,750	900	1,000	500	1,000	680	935
7.5	13.5	18.0	1,000	700	800	350	800	500	748
8.5	14.5	18.0	1,000	50