多层瓷介电容器(MLCC),具有体积小、单位体积容量大、稳定性高、没有极性便于安装等优点,在航空、航天、军事通讯、雷达等领域被广泛应用。上期我们介绍瓷介质电容器不能耐受瞬变的温度过应力(如:电装焊接温度过高、电容器焊接前没有预加热等)热应力失效及解决措施。这期将分析瓷介电容器不能耐受机械应力(如:环氧树脂的热胀冷缩应力,安装部位印制板变形应力或受到外来不明机械应力等)机械应力引起的失效及解决措施。

多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

1、机械应力引起的失效
(1)安装前
 (a)机械吸片使用不当
这类缺陷主要是由于真空吸拾头位置过低,在吸拾电容器时时直接打在了陶瓷电容器的上表面,裂纹基本只在元件的中心位置或附近出现,产品清面隐隐约约的圆环形或新月形的浅色带,见下图2。

多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

这种裂缝很难被发现,通常都只在电容器表面而已,只有当我们做了DPA之后,才可能看到破损的细节图片。

多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

(b)安装前产品碰撞或跌落在地

碰撞可能在产品的瓷体上形成微裂纹,通常肉眼很难发现,但已经降低了瓷体的机械强度。在安装过程中,受到热应力或机械应力,产品沿着原有的微裂纹开裂程度加剧,或在原有裂纹的基础上产生了新的裂纹。

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※解决措施:

在贴片时,调整吸嘴的吸力,避免吸嘴接触电容;

★ 跌落在地的产品不要使用;

对产品进行测试时,也要轻拿轻放,避免产品之间的互相碰撞;

安装好的印刷基板在运输和存放的过程中也尽量轻拿轻放。

(2)安装后

安装在电路板上的电容会受到多种压缩应力、拉伸应力,如下图5所示。

多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

(a)焊料过多

焊接时,产品两端的焊料不均匀,使得两边受到的收缩应力不一致,从而使安装在基板上电容受到了较大的扭曲应力而产生裂纹。这类裂纹往往出现在电容与基板的结合处,延伸到端头部位呈45度角,这种是典型的机械应力裂纹。

多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

(b)电路板的弯曲

电路板在切割、测试、背面组件和连接器安装及最后封装时,若焊接后的电容受到扭曲力,下图7、8是电容受力示意图。

多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

从图9可以看出,应力的起点也在于电容器与基本的结合处,在应力的作用下,出现呈45度角的裂纹。下图10是因基板过大弯曲而产生裂纹电容器的内部图。

多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

※解决措施:

★片式电容器两端的焊锡量不得超过其本体高度,焊料控制以电容器厚度的1/3~1/2为宜,如下右图11(即H=1/3W~1/2W)。

多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

 

★基板上电容器的配置将会影响弯曲时施加于电容器的应力。分折印刷基板时,贴片电容受到的疲劳是按照“分折、剪切、V型槽、穿孔”逐渐增大的。因此,贴装时应该考虑印刷基板的分折过程。在这张图中,电容E受到的机械应力最小。而电容A的位置是我们最不推荐的,离分割面太近,且为垂直安装,在基板分折时,电容器会受到轴向的力,从而引起电容产生裂纹或断裂。分割时,电容器所受机械的负荷压力 A>B=C>D>E

多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

(3)径向引线电容

径向引线电容以直插的方式安装后,与片式电容相比失效的分险可大大地降低,但值得注意的是,对于这种径向引线电容器,安装前后,如果引线受到较大应力,产品端面易受损从而导致瓷体破裂会引起失效。

多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

原文始发于微信公众号(杭州灵通电子):多层瓷介电容机械应力引起失效模式及解决措施

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作者 gan, lanjie