滿眼的都是裂紋――貼片電容主要失效原因

陶瓷貼片電容MLCC中的機(jī)械裂紋引起的主因是什么?

引起機(jī)械裂紋的主要原因有兩種。第一種是擠壓裂紋，它產(chǎn)生在元件拾放在PCB板上的操作過(guò)程。第二種是由于PCB板彎曲或扭曲引起的變形裂紋。擠壓裂紋主要是由不正確的拾放機(jī)器參數(shù)設(shè)置引起的，而彎曲裂紋主要由元件焊接上PCB板后板的過(guò)度彎曲引起的。

如何區(qū)分?jǐn)D壓裂紋與彎曲裂紋?

擠壓裂紋會(huì)在元件的表面顯露出來(lái)，通常是顏色變化了的圓形或半月形裂紋，居于或鄰近電容器的中心(見(jiàn)圖1)。當(dāng)接下來(lái)的加工過(guò)程產(chǎn)生的額外應(yīng)力應(yīng)用到元件上時(shí)，這些小裂紡會(huì)變成大裂紋，包括PCB變曲引起的應(yīng)力。

彎曲裂紋的標(biāo)志是表現(xiàn)為一個(gè)“Y”形的裂紋或是45o角斜裂紋，在DPA切面下可觀測(cè)到(見(jiàn)圖2)。這類裂紋有可能在MLCC的外表面觀測(cè)到，亦可能在外表面觀測(cè)不到。彎曲裂紋主要位于靠近PCB焊點(diǎn)處。

貼片機(jī)參數(shù)不正確設(shè)定是如何引起裂紋的?

貼片機(jī)的拾放頭使用一個(gè)真空吸管或是中心鉗去給元件定位。X、Y尤其是Z方向的參數(shù)調(diào)整對(duì)避免碰撞元件而言至關(guān)重要。很易理解，過(guò)大的Z軸下降壓力會(huì)打碎陶瓷元件。但如果貼片機(jī)拾放頭施加足夠大的力在某一位置而不是瓷體的中心區(qū)域時(shí)，施加在電容器上的應(yīng)力可能足夠大地?fù)p壞元件(見(jiàn)圖3)。

同樣地，貼片拾放頭的尺寸不恰當(dāng)選取會(huì)容易引起裂紋。小直徑的貼片拾放頭在貼片時(shí)會(huì)集中了放置力，這會(huì)引起MLCC裂紋是因?yàn)檩^小的面積承受了較大的壓力(見(jiàn)圖4)。

另外，PCB上散落的碎片同樣會(huì)引起裂紋。在放置電容器時(shí)，PCB不平的表面引起對(duì)電容器的向下壓力不均勻分配，這樣，電容器會(huì)破碎(見(jiàn)圖5)。

PCB彎曲是如何引起裂紡的?

當(dāng)陶瓷貼片電容MLCC被貼裝在PCB板上時(shí)，它成了電路板的一部分。而FR-4材料是最常用作PCB板，它的剛度不大，易產(chǎn)生彎曲。貼片電容陶瓷基體是不會(huì)隨板彎曲而彎曲的，因而會(huì)受到的拉張應(yīng)力(見(jiàn)圖6)。

陶瓷材料壓迫強(qiáng)度大，拉伸強(qiáng)度低。當(dāng)拉伸應(yīng)力大于瓷體強(qiáng)度時(shí)，裂紋產(chǎn)生。影響抗彎強(qiáng)度的主要因素是焊錫量。推薦用量是對(duì)瓷體50~75%的焊帶高度。焊料太多會(huì)在PCB板彎曲時(shí)增加對(duì)貼片電容MLCC的拉伸應(yīng)力。(見(jiàn)圖7)

焊料量不一致會(huì)在元件上產(chǎn)生不一致的應(yīng)力分布，在一端會(huì)應(yīng)力集中，而產(chǎn)生裂紋(見(jiàn)圖8)。

焊盤尺寸同樣重要。除了適應(yīng)放置變化，正確的焊盤尺寸能在焊接過(guò)程中平衡焊帶的形成。非制造商詳細(xì)規(guī)范推薦的焊盤尺寸建議不要使用。

引起MLCC裂紋的因素還有哪些?

生產(chǎn)商包裝后的產(chǎn)品不太可能是存在裂紋的，大多數(shù)貼片電容MLCC制造商非常小心地確保最終外觀檢驗(yàn)質(zhì)量和正確的搬運(yùn)操作。除了貼裝過(guò)程的擠壓和加工過(guò)程的彎曲，裂紋還會(huì)因熱沖擊，板內(nèi)測(cè)試和氫吸收引起的。

電容器用戶如何檢測(cè)裂紋?

首要的是提供更多的資源去避免裂紋的產(chǎn)生而不是去檢測(cè)裂紋是否存在。不過(guò)，裂紋是可以通過(guò)使用電阻測(cè)試儀進(jìn)行在板檢測(cè)的。一般地，電容存在裂紋，電阻值會(huì)下降，或經(jīng)老化后電阻值會(huì)明顯下降。

注意：要標(biāo)示“警告”避免板彎曲和直接的元件接觸。

使用陶瓷貼片電容MLCC時(shí)如何避免裂紋?

正確的拾放位置設(shè)定和最小的板彎曲是關(guān)鍵。表面貼裝后的PCB分板是一個(gè)尤其精致的過(guò)程，分板時(shí)的任何彎曲都會(huì)引來(lái)應(yīng)力，如上面討論的一樣。此外，MLCC與PCB板分割面的接近度和方向是極重要的。PCB上的分孔和切槽設(shè)計(jì)應(yīng)遠(yuǎn)離MLCC。MLCC的貼裝方位應(yīng)與開(kāi)孔平行，以確保MLCC在PCB板彎曲時(shí)受到最小的拉伸應(yīng)力。MLCC布置平行于切割線和遠(yuǎn)離接觸點(diǎn)是最佳的放置方向。

以圖9進(jìn)行解釋。在分板時(shí)，元件A受的應(yīng)力是最大，元件C、D其次。元件B和E在最佳位置，但元件E因遠(yuǎn)離分割線，受的應(yīng)力是最小的。把元件放在遠(yuǎn)離分割線的位置是較好的，因?yàn)樵浇咏指罹€，應(yīng)力就越大。