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閱讀：7發(fā)布時(shí)間：2026-5-30
貼片電容斷裂和短路失效怎么辦常見(jiàn)問(wèn)題及解決途徑
2002年以前陶瓷貼片電容應(yīng)用于電子產(chǎn)品中 , 并未發(fā)現(xiàn)大批量的電容失效。但從 2002年至今 ,根 據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要 ,對(duì)裝配好的電子設(shè)備 (盒子、整 機(jī) ) 需進(jìn)行溫度循環(huán)、應(yīng)力篩選 ,
而產(chǎn)品經(jīng)溫度環(huán) 循、應(yīng)力篩選后 ,不斷有陶瓷貼片電容失效的現(xiàn)象發(fā) 生 (頻合電路、耦合電路中用 3. 9 pF失效 80%、5. 1 pF失效 11% ) ,使電子產(chǎn)品的可靠性及生產(chǎn)進(jìn)度不
同程度受到影響 ,
針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題 ,進(jìn)行分析 ,解決 失效的產(chǎn)生是很有必要的。從理論上分析電容失 效 ,主要有六方面因素會(huì)造成電容失效。下面就這 六方面的因素進(jìn)行分析。
1 陶瓷貼片電容的基本結(jié)構(gòu)
陶瓷貼片電容器少數(shù)為單層結(jié)構(gòu) ,大多數(shù)為多 層疊層結(jié)構(gòu)。通常是無(wú)引腳矩形結(jié)構(gòu) , 外層電極同 片式電阻相同 ,如圖 1 所示 。陶瓷貼片電容有不同 的電解質(zhì) ,
它們有不同的容量范圍及溫度穩(wěn)定性 , 于貼片電容的端電極、金屬電極、介質(zhì)三者的熱 膨脹系數(shù)不同 , 因此在焊接過(guò)程中升溫速率不能過(guò) 快 ,特別是溫度沖擊及焊接時(shí)要考慮溫度因素 ,
否則 易造成陶瓷貼片電容的損壞 (失效 ) 。
圖 1 陶瓷貼片電容結(jié)構(gòu)
2 貼片電容失效的原因
2. 1 受外力作用引起的陶瓷貼片電容失效
( 1)一旦貼片電容焊接于 PCB 上 ,任何外 力都會(huì)對(duì) PCB 上的陶瓷貼片電容產(chǎn)生影響 , 如圖 2 所示。如裝配時(shí)出現(xiàn)過(guò)強(qiáng)或過(guò)急彎曲 PCB , 使兩焊
接端產(chǎn)生相反方向的機(jī)械應(yīng)力 ,在電容最弱的位置 ,
一般在瓷體和金屬電極的交接點(diǎn) , 產(chǎn)生裂縫。該裂
縫初期可能很細(xì)而沒(méi)有穿透內(nèi)電極。做了溫度沖
擊、應(yīng)力篩選后 ,就會(huì)有裂縫 ,這種裂縫一般用肉眼
是無(wú)法檢測(cè)出來(lái) ,常規(guī)測(cè)試一般都發(fā)現(xiàn)不了 , 只有裂
縫擴(kuò)大并且在做低溫時(shí)有水分滲入才會(huì)出現(xiàn)失效。
圖 2 PCB 受力彎曲
( 2)由于貼片電容本體特性較脆而且無(wú)引
腳 ,受作用力影響較大 ,一旦受外力作用內(nèi)部電極易
斷開(kāi)而導(dǎo)致陶瓷貼片電容失效。任何外力引起的陶
瓷貼片電容端斷裂、破損 , 如圖 3、圖 4 所示。都會(huì)
使陶瓷貼片電容失效 ,如機(jī)械裝配過(guò)程中 ,將印制板
組件裝于盒體中使用電動(dòng)起子裝配 ,此時(shí)電動(dòng)起子
的機(jī)械應(yīng)力易使電容斷開(kāi)。
貼片電容斷裂和短路失效怎么辦
( 3)由于貼片電容端頭 (本體與電極 ) 結(jié)合
力不良的質(zhì)量問(wèn)題 , 經(jīng)焊接、溫沖、調(diào)試等外力作用
等過(guò)程 , 容易引起金屬電極脫落 , 即本體與電極脫
離如圖
2. 2 焊接操作不當(dāng)引起的失效貼片電容斷裂和短路失效怎么辦
2. 2. 1 電烙鐵手工焊接操作不當(dāng)或返工
電烙鐵焊接所帶給陶瓷貼片電容的熱沖擊是很
普遍的。焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱沖擊 , 如果操作者將烙鐵
直接接觸電容電極 ,就會(huì)出現(xiàn)熱沖擊引起陶瓷
貼片電容器本體的微裂 , 一段時(shí)間后陶瓷貼片電容
就會(huì)失效。原則上陶瓷貼片電容一般應(yīng)由 SMT專
元件的一端也要經(jīng)歷一次熱沖擊 , 電容就很容易出 現(xiàn)失效。
曲能力比較差 , 電容組裝過(guò)程中任何可能產(chǎn)生彎曲 變形的操作都會(huì)導(dǎo)致元件開(kāi)裂。
3 減少電容的失效率
3. 1 避免外力
( 1)裝配過(guò)程必須盡量避免讓 PCB 遇到過(guò)強(qiáng)或 過(guò)急的彎曲。
(2)陶瓷貼片電容避免設(shè)計(jì)在線路板彎曲時(shí)受
2. 4 高低溫沖擊試驗(yàn)造成的失效
機(jī)械應(yīng)力高的位置 ,如圖 9所示。
圖 9 機(jī)械應(yīng)力高的位置
試驗(yàn)過(guò)程中 , 由于 PCB、MLCC 端電極、陶瓷介 質(zhì)三者的熱膨脹系數(shù) ( CTE)不同 ,快速的冷熱變化 , 使貼片電容承受一定的熱應(yīng)力。貼片電容的本體 (陶瓷 )與電極部分 (金屬部分 )產(chǎn)生應(yīng)力裂紋 ,
導(dǎo)致 電容的失效。
2. 5 應(yīng)力篩選試驗(yàn)產(chǎn)生的失效
電容失效的另一個(gè)原因就是在調(diào)試和環(huán)境試驗(yàn) 中 ,焊點(diǎn)因熱失配而失效 。電路的周期性通斷和環(huán) 境溫度的周期性變化 ,會(huì)使焊點(diǎn)經(jīng)受溫度循環(huán)過(guò)程 , 印制板材料、陶瓷、電極三者的熱膨脹
失配將在焊點(diǎn) 中產(chǎn)生
應(yīng)力和應(yīng)變。陶瓷的熱膨脹系數(shù)為 ( CTE)為 ( 6 ～7) ×10 - 6 ℃- 1 ,而環(huán)氧樹(shù)脂 /玻璃纖維基板在 X - Y軸方向的 CTE 則為 15 ×10 - 6 ℃- 1 , PTFE 基板 在 X - Y軸方向的
CTE 為 9 - 12 ×10 - 6 ℃- 1 , 溫度變 化時(shí) ,焊點(diǎn)將承受一定的應(yīng)力和應(yīng)變。在 THT工藝 中 ,器件的柔性引腳會(huì)吸收由于熱失配而引起的大 部分應(yīng)變 , 焊點(diǎn)真正承受 的應(yīng)變是很小 的。而在 SMT中 ,
應(yīng)變基本由焊點(diǎn)來(lái)承受 , 從而會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn) 中裂紋的萌生和擴(kuò)展 ,最終失效。
2. 6 機(jī)械應(yīng)力造成的失效
印制板在裝配過(guò)程中操作不當(dāng)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力導(dǎo) 致電容破裂 ,及焊盤設(shè)計(jì)于螺裝孔附近 ,在裝配時(shí)容 易造成機(jī)械損傷。這種損傷在溫度沖擊試驗(yàn)中使裂 紋進(jìn)一步擴(kuò)大從而導(dǎo)致電容失效。從結(jié)構(gòu)上可以看 出 ,
MLCC的特點(diǎn)是能夠承受較大壓應(yīng)力 ,但抵抗彎
( 3)陶瓷貼片電容的兩焊點(diǎn)應(yīng)該設(shè)計(jì)與受機(jī)械 應(yīng)力的方向平衡而不成直角 ,如圖 10所示。
圖 10 機(jī)械應(yīng)力
( 4)電纜線與 PCBA 之間接插件連接處 , 在拔 出或插上連接器時(shí)如果電路板沒(méi)有支撐 , 電路板就 會(huì)產(chǎn)生翹曲而損壞到附近的元器件。當(dāng)電路板面積 較大 (即大于 15 cm ×15 cm )時(shí)要特別小心 ,
以防損 壞元器件。
3. 2 材料的選用
為提高貼片電容與基板材料的熱匹配 ,應(yīng)選擇 合適的基板材料及選用級(jí)別比較高 ,抵抗熱應(yīng)力和 機(jī)械應(yīng)力較好的電容 ,來(lái)滿足產(chǎn)品使用的要求。
3. 3 焊接要求
操作者焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行工藝紀(jì)律 , 并按工藝 文件及典型工藝要求進(jìn)行。
3. 4 設(shè)計(jì)要求
( 1)焊盤間距要合理 ,避免如
3 結(jié)論
利用 Flotherm熱仿真軟件進(jìn)行熱計(jì)算 , 并通過(guò) 一系列的方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化 ,將該高密度密封設(shè)備的 初始模型溫度由 138. 16 ℃控制到 51. 239 ℃, 在設(shè)備極限工作溫度 ( 60 ℃)以下 ,
與實(shí)際試驗(yàn)所測(cè) 量
的數(shù)據(jù)非常接近 , 誤差只有 3. 7%。運(yùn)用熱分析 軟件 ,可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)設(shè)備的散熱進(jìn)行模擬 分析 ,減少了由于散熱不良而導(dǎo)致的失效 ,為產(chǎn)品的 可靠性設(shè)計(jì)提供了重要的依據(jù) ,
從而縮短了產(chǎn)品的 研發(fā)周期
應(yīng)力而損壞失效 。
( b)設(shè)計(jì)有助于提高機(jī)械應(yīng) 力的抵抗力。
圖 11 焊盤設(shè)計(jì)
( 2)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì) PCB 時(shí) ,請(qǐng)按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行
焊盤設(shè)計(jì) ,避免不合理的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。
3. 5 返修要求
當(dāng)需對(duì)電容進(jìn)行返修時(shí) ,考慮焊接熱量的效果 累積 ,解焊后的電容應(yīng)棄之不用 ,使用新電容。
4 結(jié)論
正確的操作方法 ,合理的選料及正確的焊盤設(shè) 計(jì) ,對(duì)減少電容的失效均能起到很好的作用 ,也可提 高產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性 ,避免不必要的返工。貼片電容斷裂和短路失效怎么辦
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