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多層片式陶瓷電容器MLCC在貼裝使用過程中易因PCB彎曲振動(dòng)引起裂紋。彎曲、振動(dòng)裂紋引起失效的問題一直困擾著業(yè)界。

MLCC裂紋樣品 圖源自網(wǎng)絡(luò)

正確使用MLCC的話完全不會(huì)產(chǎn)生裂紋(裂縫)。但是,由于這種貼片與碗和器皿一樣都是陶瓷燒制成的,如果施加過大的機(jī)械力,就會(huì)產(chǎn)生裂紋。


導(dǎo)致MLCC 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(huì)導(dǎo)致器件短路,也可能會(huì)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。


一、彎曲裂紋的主要原因與對可靠性的影響

1、外部壓力原因

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。

圖源自TDK官網(wǎng)

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(shí)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(dòng)導(dǎo)致的應(yīng)力等;

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2、MLCC自身材質(zhì)原因


從陶瓷元件體的性質(zhì)來看,其抗壓縮應(yīng)力較強(qiáng),但抗拉伸應(yīng)力較弱,因而在焊錫貼裝時(shí)若從基板方向?qū)LCC施加過剩的應(yīng)力,則很可能會(huì)導(dǎo)致電容發(fā)生裂紋。此時(shí),若相對的內(nèi)部電極導(dǎo)通,則會(huì)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(shí)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。

二、應(yīng)用MLCC裂紋注意事項(xiàng)


圖源自網(wǎng)絡(luò)

從元件貼裝到整機(jī)組裝工序中導(dǎo)致的細(xì)微裂紋很可能在市場使用過程中擴(kuò)大為器件本體的裂紋。以下的應(yīng)用中需要尤為注意:


1、 經(jīng)常會(huì)受到振動(dòng)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


2、 可能頻繁發(fā)生掉落沖擊的設(shè)備:移動(dòng)設(shè)備、智能鑰匙等。


3、在潮濕環(huán)境下使用的設(shè)備中,結(jié)露產(chǎn)生的水分會(huì)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(xiǎn)性會(huì)更高。


三、應(yīng)對MLCC裂紋主要方案

為降低因基板彎曲所導(dǎo)致的短路發(fā)生風(fēng)險(xiǎn),除了在進(jìn)行MLCC使用加工中應(yīng)當(dāng)規(guī)范操作外,MLCC制造商也對從產(chǎn)品本身出發(fā),通過結(jié)構(gòu)組成、改變成分來提高M(jìn)LCC的多樣使用可靠性。目前市場上有廠家已對MLCC產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí),以提高其扛裂紋能力。應(yīng)用相對較多的解決方案為采用樹脂電極,可緩解外部應(yīng)力,從而避免發(fā)生裂紋。


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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。

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文章部分來源:TDK、村田、網(wǎng)絡(luò)公開資料整理。

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作者 ab

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