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MLCC常見失效模式之機械裂失效應對

發布時間:2021-05-11 瀏覽量:328
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在消費類電子中,經常會碰到電容短路失效的情況,下圖為電容常見失效模式分布。

從圖上可以看到,機械應力裂占比最高,下面筆者就機械應力裂這個模式做分享。


導致電容失效的機械應力有很多種,但常見的主要是PCBA的彎曲、彎折及扭曲產生的應力及電容兩焊端錫膏不一致對電容產生的應力。其受力機理如下:

          圖1 PCBA受力彎曲示意圖


如圖1,電容所在PCBA受到了來自背面的應力,應力的分布如上圖的①②③④位置,其中位置③應力施加于電容端頭,當此應力超過電容本體的抗彎折承受能力,此時電容本體端電極與內電極連接處會產生開裂,裂紋通常呈45°角向內延伸,詳見圖2。  

圖2 電容受力開裂模式


如圖2,PCBA為背面受力時,電容在焊端受力點為靠近PCBA一端,此位置為裂紋始點,并沿與改點所在面成45°角向內延伸。



裂紋產生后,有幾種可能:

(1)裂紋未延伸至內電極層,即裂紋只發生于外圍的陶瓷保護層,其短期內對電容本體的電氣性能影響不大,但已有風險;

(2)裂紋已延伸至內電極層,但僅是細微的裂紋,此時在裂紋產生初期對電容的電氣性能影響不是很明顯,但裂紋產生是不可修復的,其會隨著施加的電壓、流經的電流、周邊的環境溫度不斷惡化,最終表現為絕緣電阻值急劇下降(即漏電流急劇上升),電路表現為短路失效;

(3)裂紋已延伸至內電極層,且裂紋很大,此時電容漏電大,容易在裂紋最脆弱位置產生電極擊穿,由電極熔融產生的高溫可能會把端電極部分燒毀。


下圖為實物攝圖: 



預防應對措施:

                                        圖3 機械應力裂失效預防措施


由上圖,電容在貼片時應注意幾點:

(1)   電容在PCBA布局設計時,應平行于分板邊緣并遠離分板邊緣,同時應遠離大插件或者大焊盤;

(2)   貼裝時,應在電容所在PCBA背面加上支柱,確保PCBA不產生過大的彎折;

(3)   整機裝配時,如打螺絲孔等工序時,應注意確保PCBA不產生過大的彎折。


下圖為電容在PCBA的布局建議:

 

                                                       圖4

機械應力根據電容器在PCB上的位置不同而變化。施加在電容器上的應力大小如下: A>B=C>D>E

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