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多層瓷介電容器(MLCC),具有體積小、單位體積容量大、穩定性高、沒有極性便于安裝等優點,在航空、航天、軍事通訊、雷達等領域被廣泛應用。上期我們介紹瓷介質電容器不能耐受瞬變的溫度過應力(如:電裝焊接溫度過高、電容器焊接前沒有預加熱等)熱應力失效及解決措施。這期將分析瓷介電容器不能耐受機械應力(如:環氧樹脂的熱脹冷縮應力,安裝部位印制板變形應力或受到外來不明機械應力等)機械應力引起的失效及解決措施。

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

1、機械應力引起的失效
(1)安裝前
?(a)機械吸片使用不當
這類缺陷主要是由于真空吸拾頭位置過低,在吸拾電容器時時直接打在了陶瓷電容器的上表面,裂紋基本只在元件的中心位置或附近出現,產品清面隱隱約約的圓環形或新月形的淺色帶,見下圖2。

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

這種裂縫很難被發現,通常都只在電容器表面而已,只有當我們做了DPA之后,才可能看到破損的細節圖片。

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

(b)安裝前產品碰撞或跌落在地

碰撞可能在產品的瓷體上形成微裂紋,通常肉眼很難發現,但已經降低了瓷體的機械強度。在安裝過程中,受到熱應力或機械應力,產品沿著原有的微裂紋開裂程度加劇,或在原有裂紋的基礎上產生了新的裂紋。

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

※解決措施:

在貼片時,調整吸嘴的吸力,避免吸嘴接觸電容;

★ 跌落在地的產品不要使用;

對產品進行測試時,也要輕拿輕放,避免產品之間的互相碰撞;

安裝好的印刷基板在運輸和存放的過程中也盡量輕拿輕放。

(2)安裝后

安裝在電路板上的電容會受到多種壓縮應力、拉伸應力,如下圖5所示。

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

(a)焊料過多

焊接時,產品兩端的焊料不均勻,使得兩邊受到的收縮應力不一致,從而使安裝在基板上電容受到了較大的扭曲應力而產生裂紋。這類裂紋往往出現在電容與基板的結合處,延伸到端頭部位呈45度角,這種是典型的機械應力裂紋。

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

(b)電路板的彎曲

電路板在切割、測試、背面組件和連接器安裝及最后封裝時,若焊接后的電容受到扭曲力,下圖7、8是電容受力示意圖。

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

從圖9可以看出,應力的起點也在于電容器與基本的結合處,在應力的作用下,出現呈45度角的裂紋。下圖10是因基板過大彎曲而產生裂紋電容器的內部圖。

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

※解決措施:

★片式電容器兩端的焊錫量不得超過其本體高度,焊料控制以電容器厚度的1/3~1/2為宜,如下右圖11(即H=1/3W~1/2W)。

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

 

★基板上電容器的配置將會影響彎曲時施加于電容器的應力。分折印刷基板時,貼片電容受到的疲勞是按照“分折、剪切、V型槽、穿孔”逐漸增大的。因此,貼裝時應該考慮印刷基板的分折過程。在這張圖中,電容E受到的機械應力最小。而電容A的位置是我們最不推薦的,離分割面太近,且為垂直安裝,在基板分折時,電容器會受到軸向的力,從而引起電容產生裂紋或斷裂。分割時,電容器所受機械的負荷壓力 A>B=C>D>E

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

(3)徑向引線電容

徑向引線電容以直插的方式安裝后,與片式電容相比失效的分險可大大地降低,但值得注意的是,對于這種徑向引線電容器,安裝前后,如果引線受到較大應力,產品端面易受損從而導致瓷體破裂會引起失效。

多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

原文始發于微信公眾號(杭州靈通電子):多層瓷介電容機械應力引起失效模式及解決措施

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作者 gan, lanjie

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