多層片式陶瓷電容器MLCC在貼裝使用過程中易因PCB彎曲振動引起裂紋。彎曲振動裂紋引起失效的問題一直困擾著業(yè)界。

MLCC被貼裝在PCB板后，當(dāng)PCB板因外力作用而彎曲時，MLCC基體承受拉伸應(yīng)力。

(1) PCB外彎時引起的應(yīng)力分布圖

(2) PCB內(nèi)彎曲引起的應(yīng)力分布圖

應(yīng)力在元件上的分布是不一致，應(yīng)力集中在元件薄弱處時，易產(chǎn)生裂紋。裂紋主要出現(xiàn)在端電極部位，有時肉眼可見，大多數(shù)情況外觀無損壞痕跡。通過DPA切面分析，可觀測彎曲裂紋常表現(xiàn)為一個“Y”形的裂紋或是45度角斜裂紋。

裂紋易發(fā)生在端電極部位，除了應(yīng)力集中外，與MLCC端電極存在天然微缺陷有關(guān)。

MLCC端電極制作過程

(1)端極漿料浸覆和燒結(jié)制作端電極基層

為提高端電極基層在陶瓷芯體上的附著力，端電極漿料中含有玻璃料，在燒結(jié)端電極時玻璃料會燒滲進(jìn)入陶瓷體一定的深度。

(2)電鍍鎳層、錫層

在氨基磺酸鎳溶液中電鍍形成：鎳Ni層—焊接阻熱層 （1~3 um)

在甲基磺酸錫溶液中電鍍形成：錫Sn層—焊接層(3~8 um)

由于電鍍液是酸性溶液，MLCC會被酸性鍍液腐蝕，尤其是基層電極與陶瓷結(jié)合處最易被腐蝕為微溝槽，成了最薄弱處。

因常規(guī)MLCC端頭處固有的微缺陷，在彎曲、機(jī)械振動和熱沖擊等應(yīng)力作用下，裂紋就很易在端電極部位產(chǎn)生。

裂紋產(chǎn)生會導(dǎo)致不良后果

當(dāng)MLCC存在裂紋，輕則產(chǎn)品容量低甚至無容量，導(dǎo)致電路不能正常工作；重則產(chǎn)品絕緣低、漏電、短路甚至燒毀。

避免裂紋之—把裂紋產(chǎn)品檢測出來

通過檢測容量和絕緣值是可以把有較大裂紋的MLCC檢測出來的。

(1)會引起容量下降的裂紋

這種情況的裂紋不會引起絕緣值下降。

(2)會引起絕緣下降的裂紋

當(dāng)裂紋處于錯位電極區(qū)域時，MLCC絕緣（IR）會下降，經(jīng)通電老化后絕緣（IR）明顯下降，可以通過儀器在線檢測。

但當(dāng)裂紋很細(xì)小時，會出現(xiàn)出廠前短時間老化也不能有效排除有裂紋的MLCC，直到最終用戶使用一段時間后才發(fā)生絕緣下降電路失效的情況。

盡管微小裂紋可以通過工業(yè)CT或超聲波儀探測出來，但效率太低、成本太高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

因此對于裂紋，首要的是避免裂紋的產(chǎn)生而不是檢測裂紋是否存在。

避免裂紋之—提高M(jìn)LCC抗裂紋能力

MLCC制造業(yè)界主要技術(shù)方案

(1)增加內(nèi)電極層數(shù)

通過內(nèi)電極分布的設(shè)計調(diào)整，增加金屬內(nèi)電極數(shù)量，提高M(jìn)LCC芯體的抗彎曲性能。

該方案僅適合小容量規(guī)格產(chǎn)品，且對解決端頭裂紋效果不是很明顯。

(2)三明治夾層設(shè)計

該方案僅適用于X7R類產(chǎn)品，一定程度上解決酸蝕引起端電極瓷體結(jié)合處腐蝕微溝問題。

(3)柔性端頭設(shè)計

近年來，技術(shù)領(lǐng)先的MLCC廠商先后推出一種新型端電極模式的陶瓷貼片電容——柔性端頭MLCC，這是一種能明顯提高M(jìn)LCC端頭抗裂紋性能的方案。

從外觀上看，柔性端頭MLCC與常規(guī)MLCC毫無差異！

柔性端頭MLCC是如何有效解決裂紋問題的?

其關(guān)鍵在端電極結(jié)構(gòu)，柔性端頭MLCC端電端結(jié)構(gòu)為四層設(shè)計:

導(dǎo)電聚合物層能有效防止電鍍酸蝕微溝缺陷的形成，也能吸收外部傳遞的應(yīng)力，從而大大降低產(chǎn)品應(yīng)力裂紋損壞的可能，提高產(chǎn)品的可靠性能。

柔性端頭MLCC具有高強(qiáng)度的抗彎曲性能，彎曲深度可達(dá)到5mm。而常規(guī)端頭MLCC的抗彎曲深度一般為2~3mm。

柔性端頭MLCC除具有優(yōu)秀的抗彎曲性能外，還更強(qiáng)的耐受溫度沖擊能力,對環(huán)境應(yīng)力的適應(yīng)性更強(qiáng)。

柔性端頭MLCC屬高技術(shù)產(chǎn)品，國際大品牌如TDK、MURATA等都有該類產(chǎn)品。最近，大陸本土被動元件制造龍頭風(fēng)華高科也實現(xiàn)量產(chǎn)柔性端頭MLCC。

柔性端頭MLCC由于增加了柔性導(dǎo)電聚合物層，成本比常規(guī)端頭的MLCC高(20~30)%

還有一種焊裝了金屬支架的MLCC

在MLCC端電極上用高溫焊料焊接金屬框架，可應(yīng)用在環(huán)境苛刻的汽車控制電子上。缺點是成本高，占用空間增大。

避免裂紋之—科學(xué)使用MLCC

現(xiàn)有電子組裝工藝規(guī)范多適用于引線型陶瓷電容，所以PCB彎曲度常超出MLCC的承受范圍，極易引發(fā)MLCC裂紋。

裂紋在焊接后手工分板過程和測試、裝配過程中都可能產(chǎn)生，而板彎曲是引起電容裂紋的最主要原因，這點需要反復(fù)強(qiáng)調(diào)！

為避免MLCC使用過程中出現(xiàn)裂紋，MLCC制造商都會提供詳細(xì)的使用規(guī)范，在此強(qiáng)調(diào)兩點：

（1）首先要注意布板時MLCC安裝位置和方向，使電路板彎折時施加在該電容器上的應(yīng)力最小。

在布板和板分割時應(yīng)考慮彎曲應(yīng)力對MLCC的影響。

（2）其次，應(yīng)使用專用分切裝置分板，如不得不采用手工，要選好受力支撐部位。

此外，MLCC應(yīng)避免與易彎曲部件或部位接近，如PCB角邊、連接器和安裝孔等。

抗彎性能更好的MLCC有利于適應(yīng)惡劣工藝和使用環(huán)境，而科學(xué)使用MLCC才可大幅減少甚至避免裂紋。