MLCC常见问题及解决途径_陈增生

用设备焊接 , 假如非要手工焊接时 , 一定要严格按工 艺要求进行 。
图 5 电容本体与电极脱落 多次焊接包括返工 , 也会影响贴片的可焊性和 对焊接热量的抵抗力 , 并且效果是累积的 , 因此不宜 让电容多次接触到高温 。 2. 2. 2 焊接时电容两端上锡不对称 焊接时电容两端上锡不对称如图 6所示 。
印制板在装配过程中操作不当产生机械应力导
致电容破裂 , 及焊盘设计于螺装孔附近 , 在装配时容 易造成机械损伤 。这种损伤在温度冲击试验中使裂 纹进一步扩大从而导致电容失效 。从结构上可以看 出 , M LCC 的特点是能够承受较大压应力 , 但抵抗弯
图 9 机械应力高的位置 (3)陶瓷贴片电容的两焊点应该设计与受机械 应力的方向平衡而不成直角 , 如图 10所示 。
电容失效的另一个原因就是在调试和环境试验 中 , 焊点因热失配而失效 。 电路的周期性通断和环 境温度的周期性变化 , 会使焊点经受温度循环过程 , 印制板材料 、陶瓷 、电极三者的热膨胀失配将在焊点 中产生应力和应变 。 陶瓷的热膨胀系数为 (CTE)为 (6 ～ 7) ×10- 6 ℃ -1 , 而环氧树脂 /玻璃纤维基板在 X -Y 轴方向的 CTE 则为 15 ×10-6 ℃- 1 , PTFE 基板 在 X -Y 轴方向的 CTE 为 9-12 ×10-6 ℃- 1 , 温度变 化时 , 焊点将承受一定的应力和应变 。在 TH T 工艺 中 , 器件的柔性引脚会吸收由于热失配而引起的大 部分应变 , 焊点真正承受的应变是很小的 。而在 SMT 中 , 应变基本由焊点 来承受 , 从 而会导致焊点 中裂纹的萌生和扩展 , 最终失效 。 2. 6 机械应力造成的失效
图 3 电容破损
图 4 电容断裂 (3)由于陶瓷贴片电容端头 (本体与电极 )结合 力不良的质量问题 , 经焊接 、温冲 、调试等外力作用 等过程 , 容易引起金属电极脱落 , 即本体与电极脱 离如图 5所示 。 2. 2 焊接操作不当引起的失效 2. 2. 1 电烙铁手工焊接操作不当或返工 电烙铁焊接所带给陶瓷贴片电容的热冲击是很 普遍的 。焊接时会产生热冲击 , 如果操作者将烙铁 尖端直接接触电容电极 , 就会出现热冲击引起陶瓷 贴片电容器本体的微裂 , 一段时间后陶瓷贴片电容 就会失效 。 原则上陶瓷贴片电容一般应由 SM T 专
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E
电子 lect ron ics
工艺技术 P rocess Techn
ology 第20 0267年卷第11 月6 期
M LCC 常见问题及解决途径
陈增生
(中国电子科技集团公司第三十六研究所 , 浙江 嘉兴 314033)
摘 要 :近年来 , 片式陶瓷电容越来越多地应用于电子产品中 , 而不合理的设计 、不恰当的操作 方法 , 使产品在高低温循环 、应力筛选等试验后 , 常常出现片式陶瓷电容失效现象 。 分析了电容失 效的原因 , 并针对出现的问题 , 提出改进措施 , 以提高产品质量 。
图 6 焊接时电容两端上锡不对称 电容两端上锡不对称 , 当受到外力或做应力筛 选试验时 , 因焊锡过多的一端会严重影晌陶瓷贴片 电容抵抗机械应力的能力 , 就出现本体与电极开裂 而失效 。 2. 2. 3 焊料过多 多层陶瓷贴片电容在 PCB 上 产生的机械应力 的程度所关系的因素包括 PCB的材料和厚度 , 焊料 的量和焊接的位置 , 特别是焊料过多会严重影响贴 片电容抵抗机械应力的能力 , 而产生电容失效 。 2. 3 焊盘设计不合理引起的电容失效 (1)焊盘设计不合理 , 如焊盘上设计有过孔时 , 如图 7所示 。 焊料会流失 (产品中存在这种设计现 象 ), 使电容两端的焊锡不对称造成焊接缺陷 , 这时 做应力筛选或受外力 , 陶瓷贴片电容两端释放的应 力不同就容易造成开裂 , 最终失效 。 (2)另一种焊盘设计方式 , 如图 8 所示 。 采用 上机焊接时 , 电容 两端的 焊盘 尺寸 不同 或不对 称 (产品中存在这种设计现象 ), 印刷的焊膏量就相差 较大 , 小焊盘对温度响应快 , 上面的焊膏先熔化 , 在 焊膏张力作用下将元件拉直竖起 , 出现 “直立 ”现象 或出现焊锡不对称 , 引起电容失效 。 多个陶瓷贴片 电容有一端共用一个大焊盘 , 如果公共端有一个电 容需返修或其中有一个电容失效 , 需更换时 , 则其它
关键词 :陶瓷贴片电容 ;高低温循环 ;应力筛选 ;失效分析 中图分类号 :TM 53 文献标识码 :B 文章编号 :1001 - 3474(2006)06 - 0336 - 04
Comm on Prob lem s and Solutions ofMLCC
CHEN Zeng - sheng (CETC N o. 36 R esearch Institu te, J iax ing 314033, Ch ina)
图 10 机械应力 (4)电缆线与 PCBA 之间接 插件连接处 , 在拔 出或插上连接器时如果电路板没有支撑 , 电路板就 会产生翘曲而损坏到附近的元器件 。当电路板面积 较大 (即大于 15 cm ×15 cm)时要特别小心 , 以防损 坏元器件 。 3. 2 材料的选用 为提高贴片电容与基板材料的热匹配 , 应选择 合适的基板材料及选用级别比较高 , 抵抗热应力和 机械应力较好的电容 , 来满足产品使用的要求 。 3. 3 焊接要求 操作者焊接时应严格执行工艺纪律 , 并按工艺 文件及典型工艺要求进行 。 3. 4 设计要求 (1)焊盘间距要合理 , 避免如 (下转第 343页 )
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图 1 陶瓷贴片电容结构 2 陶瓷贴片电容失效的原因 2. 1 受外力作用引起的陶瓷贴片电容失效
(1)一旦陶瓷贴片电容焊接于 PCB 上 , 任何外 力都会对 PCB上的陶瓷贴片电容产生影响 , 如图 2 所示 。如 装配时出现过强 或过急弯曲 PCB , 使两焊
作者简介 :陈增生 (1959 - ), 女 , 工程师 , 主要从事电子装联工艺及 SM T 的研究工作 。
2006年 11月 陈增生 :M LCC 常见问题及解决途径
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接端产生相反方向的机械应力 , 在电容最弱的位置 , 一般在瓷体和金属电极的交接点 , 产生裂缝 。 该裂 缝初期可能很细而没 有穿透内电极 。 做了温度冲 击 、应力筛选后 , 就会有裂缝 , 这种裂缝一般用肉眼 是无法检测出来 , 常规测试一般都发现不了 , 只有裂 缝扩大并且在做低温时有水分渗入才会出现失效 。
图 2 PCB 受力弯曲 (2 )由于 陶瓷 贴片 电 容本 体 特 性 较脆 而 且 无引 脚 , 受作用力影响较大 , 一旦受外力作用内部电极易 断开而导致陶瓷贴片电容失效 。任何外力引起的陶 瓷贴片电容端断裂 、破损 , 如图 3、图 4所示 。 都会 使陶瓷贴片电容失效 , 如机械装配过程中 , 将印制板 组件装于盒体中使用电动起子装配 , 此时电动起子 的机械应力易使电容断开 。
7 22. 收稿日期 :2006 - 09 - 20
图 5 优化模型温度云图及曲线图
表 2 热分析结果同实测温度对比
序号 1
模块
110导热 板的热 端表面
实测温度 热分析温度 相对误
θ/℃
θ/℃
差 /%
44. 510 0 46. 310 0 4. 044 0
2
8245 导 热 板 的 热端表面
40. 320 0 41. 450 0 2. 802 6
陶瓷贴片电容器少数为单层结构 , 大多数为多 层叠层结构 。通常是无引脚矩形结构 , 外层电极同 片式电阻相同 , 如图Baidu Nhomakorabea1所示 。陶瓷贴片电容有不同 的电解质 , 它们有不同的容量范围及温度稳定性 , 由
于陶瓷贴片电容的端电极 、金属电极 、介质三者的热 膨胀系数不同 , 因此在焊接过程中升温速率不能过 快 , 特别是温度冲击及焊接时要考虑温度因素 , 否则 易造成陶瓷贴片电容的损坏 (失效 )。
(1)装配过程必须尽量避免让 PCB遇到过强或 过急的弯曲 。
(2)陶瓷贴片电容避免设计在线路板弯曲时受 机械应力高的位置 , 如图 9所示 。
图 8 焊盘设计 2. 4 高低温冲击试验造成的失效
试验过程中 , 由于 PCB、M LCC 端电极 、陶瓷介 质三者的热膨胀系数 (CTE)不同 , 快速的冷热变化 , 使贴片电容承受一定 的热应力 。 贴 片电容的本体 (陶瓷 )与电极部分 (金属部分 )产生应力裂纹 , 导致 电容的失效 。 2. 5 应力筛选试验产生的失效
2006年 11月 王萌等 :高密度密封电子设备热设计与结构优化
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K ey w ord s:M LCC;T emperature shock;S tress screening;Failure analysis Docum en t Code:B A rticle ID:1001 - 3474(2006)06 - 0336 - 04
2002年以前陶瓷贴片电容应用于电子产品中 , 并未发现大批量的电容失效 。 但从 2002年至今 , 根 据产品设计的需要 , 对装配好的电子设备 (盒子 、整 机 )需进行 温度循环 、应 力筛选 , 而产品 经温度环 循 、应力筛选后 , 不断有陶瓷贴片电容失效的现象发 生 (频合电路 、耦合电路中用 3. 9 pF 失效 80%、5. 1 pF 失效 11%), 使电子产品的可靠性及生产进度不 同程度受到影响 , 针对出现的问题 , 进行分析 , 解决 失效的产生是很有必 要的 。 从理论 上分析电容失 效 , 主要有六方面因素会造成电容失效 。 下面就这 六方面的因素进行分析 。 1 陶瓷贴片电容的基本结构
Ab stract:In recen t years, M LCC ism o re applied to m any of electronic products. But failu re phenom-
enons are ofen happened afte r tem pe rature shock and stress screen because o f unreasonable design and hand ling. Analyze the reason of failure;Put forw ard the m easu res to so lve the problem s.
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电 子 工 艺 技 术 第 27卷第 6期
元件的一端也要经历一次热冲击 , 电容就很容易出 现失效 。
图 7 过孔
曲能力比较差 , 电容组装过程中任何可能产生弯曲 变形的操作都会导致元件开裂 。 3 减少电容的失效率 3. 1 避免外力