導(dǎo)致MLCC (Multilayer Ceramic Chip Capacitor、積層陶瓷貼片電容) 發(fā)生裂紋的最主要原因是基板的彎板應(yīng)力。裂紋可能會導(dǎo)致器件短路，也可能會引起異常發(fā)熱和起火等情況，因此在要求高可靠性的應(yīng)用中需要選擇抗彎板應(yīng)力的器件。
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圖1：元器件裂紋 (截面圖)
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彎曲裂紋的主要原因與對可靠性的影響
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發(fā)生彎曲裂紋的最大原因在于基板彎板應(yīng)力，產(chǎn)生彎板應(yīng)力的原因有多種情況。
?制造過程中：吸嘴應(yīng)力、不合理焊錫量導(dǎo)致的應(yīng)力、基板的熱膨脹系數(shù)與MLCC的熱膨脹系數(shù)相差較大致的應(yīng)力、PCB分割時的應(yīng)力、螺絲固定導(dǎo)致的應(yīng)力、過?；鍙澢鷮?dǎo)致應(yīng)力等；
?使用過程中：掉落沖擊導(dǎo)致的應(yīng)力、振動導(dǎo)致的應(yīng)力等。
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圖2：對MLCC造成較大應(yīng)力的事例（從左到右）：螺絲附近、PCB邊緣附件的MLCC；熱膨脹系數(shù)較大的基板；基板制造及組裝時過度的基板彎曲
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從陶瓷元件體的性質(zhì)來看，其抗壓縮應(yīng)力較強，但抗拉伸應(yīng)力較弱，因而在焊錫貼裝時若從基板方向?qū)LCC施加過剩的應(yīng)力，則很可能會導(dǎo)致電容發(fā)生裂紋。此時，若相對的內(nèi)部電極導(dǎo)通，則會發(fā)生短路模式故障。
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此外，即使最初發(fā)生裂紋時為開路模式，在市場端的使用過程中也有可能演變?yōu)槎搪纺Ｊ?。短路模式可能引起異常發(fā)熱、起火等情況，因此對策不可或缺。
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圖3：彎曲裂紋的主要原因與對可靠性的影響
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彎曲裂紋對策較為有效的應(yīng)用
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從元件貼裝到整機組裝工序中導(dǎo)致的細微裂紋很可能在市場使用過程中擴大為器件本體的裂紋。以下的應(yīng)用中需要尤為注意。
?經(jīng)常會受到振動及沖擊的設(shè)備：車載電子設(shè)備、鐵路車輛用設(shè)備及產(chǎn)業(yè)設(shè)備等；
?可能頻繁發(fā)生掉落沖擊的設(shè)備：移動設(shè)備、智能鑰匙等。
此外，在潮濕環(huán)境下使用的設(shè)備中，結(jié)露產(chǎn)生的水分會從器件裂紋部位侵入內(nèi)部，因此從開路模式演變成為短路模式的危險性會更高。
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圖4：彎曲裂紋對策較為有效的應(yīng)用（從左到右）：經(jīng)常會受到振動及沖擊的設(shè)備；可能頻繁發(fā)生掉落沖擊的設(shè)備；于多濕環(huán)境下使用的設(shè)備
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為降低因基板彎曲所導(dǎo)致的短路發(fā)生風(fēng)險，提高設(shè)備的可靠性：
1.樹脂電極品可緩和彎板應(yīng)力，降低對器件本體的負(fù)荷
樹脂電極品的端電極結(jié)構(gòu)和普通產(chǎn)品不同。普通端子為銅、鎳、錫3層結(jié)構(gòu)，而樹脂電極品在銅與鎳之間添加了導(dǎo)電性樹脂層，因此為4層結(jié)構(gòu)。該導(dǎo)電性樹脂層可緩解外部應(yīng)力，從而避免發(fā)生裂紋。
圖5：樹脂電極產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)
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即使基板彎曲至10mm，也不會產(chǎn)生元件體裂紋
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圖6：基板彎板測試的結(jié)果
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通過剝離樹脂電極來避免發(fā)生元件體裂紋
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圖7：元件體裂紋與樹脂電極剝離
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在10,000次的掉落試驗中未發(fā)生元件體裂紋（*非保證項目）
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圖8：掉落試驗結(jié)果
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2.通過獨特的端子結(jié)構(gòu)兼顧高可靠性與低電阻
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樹脂電極品內(nèi)部增加了樹脂層，可吸收部分機械應(yīng)力。但另一方面樹脂電極品也有會讓ESR等電阻成分上升的缺點。為了改善舊型樹脂電極品的不足，通過優(yōu)化端子結(jié)構(gòu)使其可以降低電阻。低電阻型的端子構(gòu)成成分是銅/樹脂層/鎳/錫，沒有任何改變，但是其樹脂層只印刷在貼裝面一側(cè)。
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圖9：新型端子結(jié)構(gòu)的低電阻型產(chǎn)品
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只在貼裝面印刷樹脂層來吸收基板應(yīng)力
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圖10：基板彎曲對MLCC施加的應(yīng)力
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端子電極內(nèi)的電流流通圖
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圖11：端子電極內(nèi)的電流流通示意圖
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降低阻抗/ESR
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圖12：阻抗/ESR頻率特性、諧振點下的ESR/發(fā)熱量
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基板彎曲耐性與舊型樹脂軟端子相同
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圖13：基板彎曲試驗結(jié)果
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3.雙串聯(lián)結(jié)構(gòu)可降低電容開裂時導(dǎo)致的短路風(fēng)險 (+樹脂電極)
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安全設(shè)計品，在同一個器件結(jié)構(gòu)內(nèi)串聯(lián)配置了2個電容器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)獨特。（雙串聯(lián)結(jié)構(gòu)）
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圖14：安全設(shè)計品的內(nèi)部結(jié)構(gòu) (雙串聯(lián)結(jié)構(gòu))
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雙串聯(lián)結(jié)構(gòu)可防止短路發(fā)生
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圖15：普通產(chǎn)品的彎曲裂紋
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圖16：安全設(shè)計產(chǎn)品的彎曲裂紋
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采用樹脂電極
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圖17：安全設(shè)計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)
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通過雙串聯(lián)結(jié)構(gòu)來降低發(fā)生裂紋時的短路風(fēng)險
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圖18：替換為安全設(shè)計產(chǎn)品的示例
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4.金屬端子緩和彎板應(yīng)力，降低對元器件本體的負(fù)荷
MEAGACAP是將MLCC的端電極和金屬支架焊接在一起的制品。金屬支架可緩解熱沖擊和基板彎曲所產(chǎn)生的應(yīng)力，具備很優(yōu)秀的抗熱沖擊應(yīng)力和抗彎板應(yīng)力。同時，2顆MLCC堆疊使同一面積下能夠得到2倍的靜電容量，可有效削減元器件的貼裝面積。
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圖19：MEGACAP的結(jié)構(gòu)
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彎曲基板10mm也不會發(fā)生元件體裂紋
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圖20：基板彎板試驗的結(jié)果
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5.通過獨特的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)實現(xiàn)大容量、高可靠性、低電阻
雖然支架電容可以利用金屬支架緩和機械應(yīng)力，但金屬支架也有使ESR等阻抗成分上升的缺點。為了改善舊型支架ESR會上升的缺點，我們對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行革新，將可降低電阻成分的新型支架電容制品化。其特點是將MLCC橫向往旁邊堆疊。
圖21：新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的低電阻橫向并聯(lián)式支架電容
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橫向堆疊式的并聯(lián)結(jié)構(gòu)可克服高度限制，改善ESR/ESL
圖22：新型MEGACAP的特點
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降低阻抗/ESR
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圖23：阻抗/ESR頻率特性、諧振點下的ESR/發(fā)熱量
來源：TDK官網(wǎng)
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