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贴片电容开裂原因与失效对策

积层陶瓷电容都普遍存在的一个问题,在自动贴装积层陶瓷电容的的时候,经常会发现积层陶瓷电容上有裂纹或机械损伤。这就导致了在对积层陶瓷电容进行电气测试的时候经常出现的器件短路等问题。究竟是什么原因导致了电容体的损坏?下面我们就针对这个问题进行分析。
 
NO.1 导致积层陶瓷电容机械破裂的主要原因
导致积层陶瓷电容机械破裂的原因主要有两个。第一个原因是由撞击引起的破裂。这种破裂现象经常出现于在将元件放置在印刷电路板上的时候。一般是由于对抓取-放置元件机器设定不当造成的。第二个原因是弯曲引起的破裂,一般是由于元件焊接在电路板上后,电路板过度弯曲造成的。
 
NO.2 撞击破裂与弯曲破裂的区别
由撞击引起的破裂一般出现在元件的表面,元件的表面的中心位置能看见圆形的或半月形的裂纹。这些小裂纹会随着后续工序产生的应力而发展成为大裂纹,这些应力中就有PCB板翘曲而产生的。

通过下图的我们可以看出,在元件的横截面上,弯曲裂纹呈现Y形或斜45°。这样的裂纹不一定会出现在积层陶瓷电容的表面。弯曲裂纹一般位于靠近电容与PCB板的连接部位。

NO.3 吸取-放置机器设置不当导致的破裂
吸取-放置机器上的装贴头通过一个真空吸管来放置元件。调整X,Y,Z三个方向是避免吸取位置偏离的关键。当然,过度向下的力(Z方向)会使陶瓷电容裂开。如果装贴头对陶瓷体中心以外的地方施加了足够大的力,在放置的过程中,电容器上的压力仍可足以使器件损坏
 

 
同样,贴装头的大小也可导致破裂。一个直径小的贴装头会使在贴装的过程中电容体受到的力更加集中,只有更小的区域分散压力,这就会导致电容器破裂。
 

另外,遗留在PCB板上的碎片也能使电容器破裂。在放置电容器的时候,PCB表面不平整会使贴装头施加在电容器上的力不能均匀的分散,所以电容器会产生裂纹。如下图。
 

NO.4 PCB板弯曲造成破裂的原因
当积层陶瓷电容器贴装到PCB板上的时候,积层陶瓷电容就成为了PCB板上的一部分。大多数PCB板都使用有点刚硬的FR-4材料。积层陶瓷电容的陶瓷体不能随着PCB板弯曲所以会遭受应力的拉伸。如下图。

陶瓷材料抗压力较强,但抗拉伸力较弱。一旦拉力大于陶瓷内部的材料强度,裂纹就会出现。
 
一个影响弯曲力的因素是填锡的总量。推荐的填锡高度是电容器高度的50%~70%。过多焊料会增加PCB板弯曲时对MLCC造成的拉力。
 

 
焊锡量的不均匀会使MLCC的应力分布不均,集中在MLCC一端的应力会使之破裂。

焊盘的尺寸同样的非常重要,正确的焊盘尺寸可以在焊接过程中平衡焊料的填充量。焊盘的尺寸不推荐厂商规格以外的尺寸。
 
NO.5 造成MLCC破裂的其他原因
除了冲击,弯曲等原因还有诸如温度,电路测试等原因。
 
 
NO.6 使用者如何检测破裂的电容
建议将更多的精力放在防止电容破裂上面,而不是如何检测。然而,我们还是可以用回路电阻测试仪来检测,一个破裂的电容,它的电阻将会下降。
 
NO.7 使用者如何防止电容破裂
妥善设置放取设备与选择最小翘曲度的电路板。电容器焊接在电路板上后,任何对电路板的弯曲都会诱导应力。在设计电路的时候,要将MLCC尽量远离PCB板上的分割孔与细缝。装贴在PCB板上的MLCC为避免受到应力作用应与PCB板上的分割孔或细缝平行。如下图所示,器件A在分板的时候受到的应力最大,其次是C,D。B与E所放置的方向最佳,但E所受的应力最小,因为E离分割孔较远。
 

另外,PCB板的分板,传送,装配都会引起板的翘曲。
 
结论
积层陶瓷电容在贴装期间,焊接期间,操作期间应当非常小心。在这些制程中遭受的任何损伤,无论多小,都可能造成器件失效。操作PCB板与焊接组件时,应当小心避免板子弯曲。如果上述的每一步都能做到,那么MLCC破裂的问题将能够有效避免!

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