引起機(jī)械裂紋的主要原因有兩種。第一種是擠壓裂紋,它產(chǎn)生在元件拾放在PCB板上的操作過程。第二種是由于PCB板彎曲或扭曲引起的變形裂紋。擠壓裂紋主要是由不正確的拾放機(jī)器參數(shù)設(shè)置引起的,而彎曲裂紋主要由元件焊接上PCB板后板的過度彎曲引起的。
如何區(qū)分?jǐn)D壓裂紋與彎曲裂紋?
擠壓裂紋會在元件的表面顯露出來,通常是顏色變化了的圓形或半月形裂紋,居于或鄰近電容器的中心(見圖1)。當(dāng)接下來的加工過程產(chǎn)生的額外應(yīng)力應(yīng)用到元件上時(shí),這些小裂紡會變成大裂紋,包括PCB變曲引起的應(yīng)力。
彎曲裂紋的標(biāo)志是表現(xiàn)為一個(gè)“Y”形的裂紋或是45o角斜裂紋,在DPA切面下可觀測到(見圖2)。這類裂紋有可能在MLCC的外表面觀測到,亦可能在外表面觀測不到。彎曲裂紋主要位于靠近PCB焊點(diǎn)處。
貼片機(jī)參數(shù)不正確設(shè)定是如何引起裂紋的?
貼片機(jī)的拾放頭使用一個(gè)真空吸管或是中心鉗去給元件定位。X、Y尤其是Z方向的參數(shù)調(diào)整對避免碰撞元件而言至關(guān)重要。很易理解,過大的Z軸下降壓力會打碎陶瓷元件。但如果貼片機(jī)拾放頭施加足夠大的力在某一位置而不是瓷體的中心區(qū)域時(shí),施加在電容器上的應(yīng)力可能足夠大地?fù)p壞元件(見圖3)。
同樣地,貼片拾放頭的尺寸不恰當(dāng)選取會容易引起裂紋。小直徑的貼片拾放頭在貼片時(shí)會集中了放置力,這會引起MLCC裂紋是因?yàn)檩^小的面積承受了較大的壓力(見圖4)。
另外,PCB上散落的碎片同樣會引起裂紋。在放置電容器時(shí),PCB不平的表面引起對電容器的向下壓力不均勻分配,這樣,電容器會破碎(見圖5)。
PCB彎曲是如何引起裂紡的?
當(dāng)陶瓷貼片電容MLCC被貼裝在PCB板上時(shí),它成了電路板的一部分。而FR-4材料是最常用作PCB板,它的剛度不大,易產(chǎn)生彎曲。貼片電容陶瓷基體是不會隨板彎曲而彎曲的,因而會受到的拉張應(yīng)力(見圖6)。
陶瓷材料壓迫強(qiáng)度大,拉伸強(qiáng)度低。當(dāng)拉伸應(yīng)力大于瓷體強(qiáng)度時(shí),裂紋產(chǎn)生。影響抗彎強(qiáng)度的主要因素是焊錫量。推薦用量是對瓷體50~75%的焊帶高度。焊料太多會在PCB板彎曲時(shí)增加對貼片電容MLCC的拉伸應(yīng)力。(見圖7)
焊料量不一致會在元件上產(chǎn)生不一致的應(yīng)力分布,在一端會應(yīng)力集中,而產(chǎn)生裂紋(見圖8)。
焊盤尺寸同樣重要。除了適應(yīng)放置變化,正確的焊盤尺寸能在焊接過程中平衡焊帶的形成。非制造商詳細(xì)規(guī)范推薦的焊盤尺寸建議不要使用。
引起MLCC裂紋的因素還有哪些?
生產(chǎn)商包裝后的產(chǎn)品不太可能是存在裂紋的,大多數(shù)貼片電容MLCC制造商非常小心地確保最終外觀檢驗(yàn)質(zhì)量和正確的搬運(yùn)操作。除了貼裝過程的擠壓和加工過程的彎曲,裂紋還會因熱沖擊,板內(nèi)測試和氫吸收引起的。
電容器用戶如何檢測裂紋?
首要的是提供更多的資源去避免裂紋的產(chǎn)生而不是去檢測裂紋是否存在。不過,裂紋是可以通過使用電阻測試儀進(jìn)行在板檢測的。一般地,電容存在裂紋,電阻值會下降,或經(jīng)老化后電阻值會明顯下降。
注意:要標(biāo)示“警告”避免板彎曲和直接的元件接觸。
使用陶瓷貼片電容MLCC時(shí)如何避免裂紋?
正確的拾放位置設(shè)定和最小的板彎曲是關(guān)鍵。表面貼裝后的PCB分板是一個(gè)尤其精致的過程,分板時(shí)的任何彎曲都會引來應(yīng)力,如上面討論的一樣。此外,MLCC與PCB板分割面的接近度和方向是極重要的。PCB上的分孔和切槽設(shè)計(jì)應(yīng)遠(yuǎn)離MLCC。MLCC的貼裝方位應(yīng)與開孔平行,以確保MLCC在PCB板彎曲時(shí)受到最小的拉伸應(yīng)力。MLCC布置平行于切割線和遠(yuǎn)離接觸點(diǎn)是最佳的放置方向。
以圖9進(jìn)行解釋。在分板時(shí),元件A受的應(yīng)力是最大,元件C、D其次。元件B和E在最佳位置,但元件E因遠(yuǎn)離分割線,受的應(yīng)力是最小的。把元件放在遠(yuǎn)離分割線的位置是較好的,因?yàn)樵浇咏指罹€,應(yīng)力就越大。
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原文標(biāo)題:滿眼的都是裂紋——貼片電容主要失效原因
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