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MLCC裂纹产生原因及注意事项
多层片式陶瓷电容器MLCC在贴装使用过程中易因PCB弯曲振动引起裂纹。弯曲、振动裂纹引起失效的问题一直困扰着业界。

MLCC裂纹样品 图源自网络
正确使用MLCC的话完全不会产生裂纹(裂缝)。但是,由于这种贴片与碗和器皿一样都是陶瓷烧制成的,如果施加过大的机械力,就会产生裂纹。
导致MLCC 发生裂纹的最主要原因是基板的弯板应力。裂纹可能会导致器件短路,也可能会引起异常发热和起火等情况,因此在要求高可靠性的应用中需要选择抗弯板应力的器件。
一、弯曲裂纹的主要原因与对可靠性的影响
1、外部压力原因
发生弯曲裂纹的最大原因在于基板弯板应力,产生弯板应力的原因有多种情况。
图源自TDK官网
制造过程中:吸嘴应力、不合理焊锡量导致的应力、基板的热膨胀系数与MLCC的热膨胀系数相差较大致的应力、PCB分割时的应力、螺丝固定导致的应力、过剩基板弯曲导致应力等
使用过程中:掉落冲击导致的应力、振动导致的应力等;

图源自TDK官网
2、MLCC自身材质原因
从陶瓷元件体的性质来看,其抗压缩应力较强,但抗拉伸应力较弱,因而在焊锡贴装时若从基板方向对MLCC施加过剩的应力,则很可能会导致电容发生裂纹。此时,若相对的内部电极导通,则会发生短路模式故障。

图源自网络

此外,即使最初发生裂纹时为开路模式,在市场端的使用过程中也有可能演变为短路模式。短路模式可能引起异常发热、起火等情况,因此对策不可或缺。

二、应用MLCC裂纹注意事项

图源自网络

从元件贴装到整机组装工序中导致的细微裂纹很可能在市场使用过程中扩大为器件本体的裂纹。以下的应用中需要尤为注意:

1、 经常会受到振动及冲击的设备:车载电子设备、铁路车辆用设备及产业设备等

2、 可能频繁发生掉落冲击的设备:移动设备、智能钥匙等。

3、在潮湿环境下使用的设备中,结露产生的水分会从器件裂纹部位侵入内部,因此从开路模式演变成为短路模式的危险性会更高。

三、应对MLCC裂纹主要方案

为降低因基板弯曲所导致的短路发生风险,除了在进行MLCC使用加工中应当规范操作外,MLCC制造商也对从产品本身出发,通过结构组成、改变成分来提高MLCC的多样使用可靠性。目前市场上有厂家已对MLCC产品进行升级,以提高其扛裂纹能力。应用相对较多的解决方案为采用树脂电极,可缓解外部应力,从而避免发生裂纹。

图源自网络
树脂电极品的端电极结构和普通产品不同。普通端子为铜、镍、锡3层结构,而树脂电极品在铜与镍之间添加了导电性树脂层,因此为4层结构。该导电性树脂层可缓解外部应力,从而避免发生裂纹。

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文章部分来源:TDK、村田、网络公开资料整理。

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