前面談了電源電路中的特性話題,此次談一下安裝相關的話題。由于疊層陶瓷電容器是表面貼裝元件,和其他的表面貼裝元器件相同,存在一些安裝相關的課題。代表性的課題是彎曲裂紋與嘯叫。
-那么,從彎曲裂紋開始提問。表面貼裝中典型的課題是PCB板的應力導致的裂紋吧?
這不僅限于疊層陶瓷電容器,眾所周知,當PCB板產生撓曲時,對表面貼裝元器件施加應力,造成焊接部的劣化和剝落、元器件中產生裂紋等器械性的劣化和損傷。當然,疊層陶瓷電容器也同樣存在這種被稱作“彎曲裂紋”的課題。
-作為元器件制造商是不是想說“請不要使PCB板彎曲”。
那是無法回避的重要注意事項,因此元器件方準備了提高了耐應力性能的產品類型。有兩種類型,第一種是“樹脂外部電極型”,第二種是“金屬框架型”。
-也就是說元器件方有應對方法。
首先,簡單了解一下彎曲裂紋的機理。如下圖所示,安裝在PCB板的表面貼裝型疊層陶瓷電容器在PCB板撓曲時,受到應力。特別是對表示應力分布的圖片的紅色圓圈所圈定的部分、即下方的電極邊界附近施加了最大應力,如黃色虛線所示,朝圓角上方產生裂紋。
作為第一個應對類型而列出的“樹脂外部電極型”是如右圖所示的在Ni的外部電極與焊料(Ni/Sn)鍍層之間形成導電性樹脂層來緩解機械性應力的結構。此外,不僅有助于改善來自PCB板的彎曲應力,對熱循環所導致的內部裂紋和焊料劣化也有改善效果。另外,還具有對于環境條件的耐濕性更高、提高安裝焊接時的耐熱沖擊性、改善焊料卷邊、平坦性等等優點。
-具體可以得到多大的改善?
請看彎曲裂紋與熱循環的相關數據。首先,關于彎曲耐性,將對于撓曲量的殘存率、即不發生裂紋的比率繪制為圖表。標準品是從不到3mm左右的撓曲量時開始產生裂紋,4mm時約一半產生裂紋,而樹脂外部電極產品即使6mm的撓曲量也沒有產生裂紋。另外,右側圖片是試驗后試料的橫截面照片。發生故障的標準電極產品,如前面用圖形說明的那樣,在施加最大應力的部分發生裂紋。
其次,關于熱循環試驗的焊料劣化,下圖是測量固定強度變化的結果。如圖所示,可以看到相比標準電極產品的劣化程度,樹脂外部電極產品大幅度改善。焊料劣化是由PCB板與疊層陶瓷電容器的線膨脹系數不同所引起的,焊料產生裂紋,最終有可能從PCB板剝落。
-從感性上明白了導電性樹脂可緩解應力,是效果相當不錯的產品。另外,使用時有什么要注意的嗎?
這是給出的結果僅是我們公司的MLCC的試驗結果。耐性等因制造商而異,所以有必要向各制造商仔細確認產品特性。實際上,各電容器制造商所使用的導電性樹脂材料各異,比如樹脂的彈性和粘合強度等有差異。理所當然,材料的不同表現為相應的不同特性,所以不能一概而論說“樹脂外部電極產品效果好”。
-接下來請介紹一下另一種類型“金屬框架型”。
“金屬框架型”在很早以前就有,所以知道人比較多。MLCC的電極上附有金屬框架,如圖所示,金屬框架吸收來自PCB板的應力,使施加在電容器上的應力變得相當小。當然,效果比樹脂外部電極更大。請看1206與0805的彎曲試驗結果。
該測量數據由于在試驗中當給了最大撓曲量10mm時沒有發生故障,所以在粉色的測量極限線上粘貼了藍線來表示。雖然是枯燥的數據,但可以理解其彎曲耐性高。此外,作為與其他電極產品的區別,圖中給出了各種產品的保證值。標準品的撓曲量保證值是1mm,之前介紹過的樹脂外部電極型是3mm,而金屬框架型可以保證到5mm。
-標準型、樹脂外部電極型、金屬框架型的使用區分上該如何界定比較好?
MLCC給出了撓曲量的保證值,但PCB板的撓曲量很難定量化。因為涉及PCB板的厚度、尺寸、元器件的安裝位置、PCB板的安裝方法等諸多因素,因此在試制階段對彎曲裂紋和焊接劣化進行評估,如果用樹脂外部電極型還未能解決問題,可考慮變更為金屬框架型的方法。
審核編輯:湯梓紅
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