MLCC高壓貼片電容斷裂擊穿燒毀失效的原因權(quán)威分析和檢測(cè)
MLCC高壓貼片電容的質(zhì)量控制和MLCC的失效分析
無(wú)源元件(passive component) 在電子產(chǎn)品中占有十分重要的地位。雖然很多無(wú)源元件在整個(gè)電子產(chǎn)品中所占的物料價(jià)值并不高，但任何一個(gè)微不足道的元器件的失效都可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的失效。一般電子產(chǎn)品中有源元器件(IC)和無(wú)源元件的比例約為1：10-20。從該數(shù)據(jù)可以看出無(wú)源元件質(zhì)量控制的重要性。
無(wú)源元件的類(lèi)型很多，多層陶瓷電容器(MLCC)是其中最重要，也是用量最大的產(chǎn)品之一。MLCC的典型結(jié)構(gòu)中導(dǎo)體一般為Ag或AgPd，陶瓷介質(zhì)一般為(SrBa)TiO3， 多層陶瓷結(jié)構(gòu)通過(guò)高溫?zé)Y(jié)而成。器件端頭鍍層一般為燒結(jié)Ag/AgPd，然后制備一層Ni阻擋層(以阻擋內(nèi)部Ag/AgPd材料，防止其和外部Sn發(fā)生反應(yīng))，再在Ni層上制備Sn或SnPb層用以焊接。近年來(lái)，也出現(xiàn)了端頭使用Cu的MLCC產(chǎn)品。
MLCC的分類(lèi)
根據(jù)MLCC的電容數(shù)值及穩(wěn)定性，MLCC劃分出NP1、COG、 X7R、 Z5U等。根據(jù)MLCC的尺寸大小，可以分為1206，0805，0603，0402，0201等。
多層陶瓷電容器(MLCC)本身的內(nèi)在可靠性十分優(yōu)良，可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定使用。但如果器件本身存在缺陷或在組裝過(guò)程中引入缺陷，則會(huì)對(duì)其可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
造成MLCC缺陷的內(nèi)在因素
1.陶瓷介質(zhì)內(nèi)空洞 (Voids)
導(dǎo)致空洞產(chǎn)生的主要因素為陶瓷粉料內(nèi)的有機(jī)或無(wú)機(jī)污染，燒結(jié)過(guò)程控制不當(dāng)?shù)取？斩吹漠a(chǎn)生極易導(dǎo)致漏電，而漏電又導(dǎo)致器件內(nèi)部局部發(fā)熱，進(jìn)一步降低陶瓷介質(zhì)的絕緣性能從而導(dǎo)致漏電增加。該過(guò)程循環(huán)發(fā)生，不斷惡化，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致多層陶瓷電容器開(kāi)裂、爆炸，甚至燃燒等嚴(yán)重后果。
2.燒結(jié)裂紋 (firing crack)燒結(jié)裂紋常起源于一端電極，沿垂直方向擴(kuò)展。主要原因與燒結(jié)過(guò)程中的冷卻速度有關(guān)，裂紋和危害與空洞相仿。
3.分層 (delamination)
多層陶瓷電容器的燒結(jié)為多層材料堆疊共燒。燒結(jié)溫度可以高達(dá)1000℃以上。層間結(jié)合力不強(qiáng)，燒結(jié)過(guò)程中內(nèi)部污染物揮發(fā)，燒結(jié)工藝控制不當(dāng)都可能導(dǎo)致分層的發(fā)生。分層和空洞、裂紋的危害相仿，為重要的多層陶瓷電容器內(nèi)在缺陷。
1.溫度沖擊裂紋(thermal crack)
主要由于器件在焊接特別是波峰焊時(shí)承受溫度沖擊所致，不當(dāng)返修也是導(dǎo)致溫度沖擊裂紋的重要原因。
多層陶瓷電容器的特點(diǎn)是能夠承受較大的壓應(yīng)力，但抵抗彎曲能力比較差。器件組裝過(guò)程中任何可能產(chǎn)生彎曲變形的操作都可能導(dǎo)致器件開(kāi)裂。常見(jiàn)應(yīng)力源有：貼片對(duì)中，工藝過(guò)程中電路板操作；流轉(zhuǎn)過(guò)程中的人、設(shè)備、重力等因素；通孔元器件插入；電路測(cè)試、單板分割；電路板安裝；電路板定位鉚接；螺絲安裝等。該類(lèi)裂紋一般起源于器件上下金屬化端，沿45℃角向器件內(nèi)部擴(kuò)展。該類(lèi)缺陷也是實(shí)際發(fā)生最多的一種類(lèi)型缺陷。
(片式多層陶瓷電容器，獨(dú)石電容，片式電容，貼片電容或片容) MLCC器件的失效分析方法
掃描超聲分析：
掃描超聲方法是分析多層陶瓷電容器的最重要的無(wú)損檢測(cè)方法。可以十分有效地探測(cè)空洞、分層和水平裂紋。由于超聲的分析原理主要是平面反射，因而對(duì)垂直裂紋如絕大多數(shù)的燒結(jié)裂紋、垂直分量較大的彎曲裂紋的分辨能力不強(qiáng)。同時(shí)一般多層陶瓷電容器的檢測(cè)需要較高的超聲頻率。
甲醇檢漏法：
對(duì)于嚴(yán)重的分層或開(kāi)裂，可以使用甲醇檢漏法，即將失效器件浸入甲醇溶液中。由于甲醇為極性分子，且具有很強(qiáng)的滲透力，因而可以通過(guò)毛細(xì)管作用滲透進(jìn)入嚴(yán)重分層或開(kāi)裂部位。加電后產(chǎn)生很大的漏電流，從而可幫助診斷。
金相剖面法：
金相剖面既是最經(jīng)典，同時(shí)也是最有效的陶瓷電容器的失效分析方法。其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)剖面及相應(yīng)的光學(xué)或掃描電子顯微鏡檢測(cè)，可以得到失效部位的成分、形貌等精細(xì)結(jié)構(gòu)，從而幫助失效機(jī)理的分析。但其缺點(diǎn)是制備比較復(fù)雜，對(duì)制備技術(shù)要求比較高，同時(shí)為破壞性檢測(cè)手段。圖3－5 為金相剖面分析多層陶瓷電容器的失效的典型案例。
(片式多層陶瓷電容器，獨(dú)石電容，片式電容，貼片電容或片容) MLCC的質(zhì)量控制
多層陶瓷電容器的特點(diǎn)是在沒(méi)有內(nèi)在缺陷并且組裝過(guò)程也未引入其它缺陷的前提下，可靠性?xún)?yōu)越。但是如果存在缺陷，則無(wú)論是內(nèi)在的還是外在的都可能對(duì)器件可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。同時(shí)組裝后的陶瓷電容器潛在缺陷很難通過(guò)無(wú)損、在線檢測(cè)等發(fā)現(xiàn)，因而多層陶瓷電容器的質(zhì)量控制主要必須通過(guò)預(yù)防性措施解決。常見(jiàn)預(yù)防措施包括：
1.對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行認(rèn)真選擇、對(duì)其產(chǎn)品進(jìn)行定期抽樣檢測(cè)等。
2.對(duì)組裝工藝中所有可能導(dǎo)致熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力的操作進(jìn)行認(rèn)真的分析及有效的控制。
考慮到多層陶瓷電容器的特點(diǎn)，對(duì)器件進(jìn)行的檢測(cè)可以主要包括：
1.結(jié)構(gòu)分析： 即采用金相剖面手段抽檢樣品。可以對(duì)器件產(chǎn)生的制造水平，內(nèi)在缺陷等有一全面了解。
2.掃描超聲分析 ： 可以十分有效地探測(cè)空洞、分層、水平裂紋等缺陷耐溫度試驗(yàn)考察高溫及溫度沖擊可能帶來(lái)的器件開(kāi)裂、Ag/Pd層外露等缺陷。彎曲試驗(yàn)： 按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將器件組裝在規(guī)定的印刷電路板上，進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，以考察器件抗彎曲能力。當(dāng)然陶瓷電容器還有很多其它檢測(cè)指標(biāo)，可根據(jù)具體情況增加或減少檢查項(xiàng)目，以達(dá)到用最低的成本達(dá)到最有效的控制。
組裝工藝中主要考察及控制項(xiàng)目：
1.回流或波峰焊溫度曲線，一般器件工藝商都會(huì)提供相關(guān)的建議曲線。通過(guò)組裝良品率的積累和分析，可以得到優(yōu)化的溫度曲線。
2.在組裝工藝中印刷線路板操作和流轉(zhuǎn)過(guò)程中特別是手工插件、鉚釘連接、手工切割等工藝需要特別加以注意。必要時(shí)甚至需要對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，以最大限度地使多層陶瓷電容器避開(kāi)在工藝過(guò)程中可能產(chǎn)生較大機(jī)械應(yīng)力的區(qū)域。
3.檢查組裝過(guò)程中的電檢測(cè) ICT工藝，必須注意盡量減小測(cè)試點(diǎn)機(jī)械接觸所帶來(lái)的機(jī)械應(yīng)力。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2022-05-08
