多層片狀陶介電容器由陶瓷介質(zhì)、端電極、金屬電極三種材料構(gòu)成,失效形式為金屬電極和陶介之間層錯(cuò),電氣表現(xiàn)為受外力(如輕輕彎曲板子或用烙鐵頭碰一下)和溫度沖擊(如烙鐵焊接、烘干快速升溫)時(shí)電容時(shí)好時(shí)壞。
多層片狀陶介電容器具體不良可分為:
1、熱擊失效
2、扭曲破裂失效
3、原材失效三個(gè)大類(lèi)
熱擊失效模式:
熱擊失效的原理是:在制造多層陶瓷電容時(shí),使用各種兼容材料會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)張力的不同熱膨脹系數(shù)及導(dǎo)熱率。
當(dāng)溫度轉(zhuǎn)變率過(guò)大時(shí)就容易出現(xiàn)因熱擊而破裂的現(xiàn)象,這種破裂往往從結(jié)構(gòu)最弱及機(jī)械結(jié)構(gòu)最集中時(shí)發(fā)生, 一般是在接近外露端接和中央陶瓷端接的界面處、產(chǎn)生最大機(jī)械張力的地方(一般在晶體最堅(jiān)硬的四角),而熱擊則可能造成多種現(xiàn)象:
第一種是顯而易見(jiàn)的形如指甲狀或 U-形的裂縫,如圖 1

第二種裂縫也會(huì)由裸露在外的中央部份,或陶瓷/端接界面的下部開(kāi)始,并隨溫度的轉(zhuǎn)變, 或于組裝進(jìn)行時(shí),順著扭曲而蔓延開(kāi)來(lái),(見(jiàn)圖 2)

第三種裂縫也會(huì)由裸露在外的中央部份,或陶瓷/端接界面的下部開(kāi)始,并隨溫度的轉(zhuǎn)變, 或于組裝進(jìn)行時(shí),順著扭曲而蔓延開(kāi)來(lái)(見(jiàn)圖 3)

第一種形如指甲狀或 U-形的裂縫和第二種隱藏在內(nèi)的微小裂縫,兩者的區(qū)別只是后者所受的張力較小,而引致的裂縫也較輕微。第一種引起的破裂明顯,一般可以在金相中測(cè)出,第二種只有在發(fā)展到一定程度后金相才可測(cè)。
扭曲破裂失效
此種不良的可能性很多:按大類(lèi)及表現(xiàn)可以分為兩種:
第一種:SMT 階段導(dǎo)致的破裂失效
當(dāng)進(jìn)行零件的取放尤其是 SMT 階段零件取放時(shí),取放的定中爪因?yàn)槟p、對(duì)位不準(zhǔn)確, 傾斜等造成的。由定中爪集中起來(lái)的壓力,會(huì)造成很大的壓力或切斷率,繼而形成破裂 點(diǎn)。這些破裂現(xiàn)象一般為可見(jiàn)的表面裂縫,或 2 至 3 個(gè)電極間的內(nèi)部破裂;表面破裂一般會(huì)沿著最強(qiáng)的壓力線(xiàn)及陶瓷位移的方向。(見(jiàn)圖 4)

真空檢拾頭導(dǎo)致的損壞或破裂﹐一般會(huì)在芯片的 表面形成一個(gè)圓形或半月形的壓痕面積﹐并帶有 不圓滑的邊緣。此外﹐這個(gè)半月形或圓形的裂縫直經(jīng)也和吸頭相吻合
另一個(gè)由吸頭所造成的損環(huán)﹐因拉力而造成的破 裂﹐裂縫會(huì)由組件中央的一邊伸展到另一邊﹐這 些裂縫可能會(huì)蔓延至組件的另一面﹐并且其粗糙的裂痕可能會(huì)令電容器的底部破損。

第二種:SMT 之后生產(chǎn)階段導(dǎo)致的破裂失效
電路板切割﹑測(cè)試﹑背面組件和連接器安裝﹑及最后 組裝時(shí),若焊錫組件受到扭曲或在焊錫過(guò)程后把電路板 拉直,都有可能造成‘扭曲破裂’這類(lèi)的損壞。
在機(jī)械力作用下板材彎曲變形時(shí),陶瓷的活動(dòng)范圍受端 位及焊點(diǎn)限制,破裂就會(huì)在陶瓷的端接界面處形成,這 種破裂會(huì)從形成的位置開(kāi)始,從 45°角向端接蔓延開(kāi)來(lái)。

原材失效
多層陶瓷電容器通常具有 2 大類(lèi)類(lèi)足以損害產(chǎn)品可靠性的基本可見(jiàn)內(nèi)部缺陷:電極間失效及結(jié)合線(xiàn)破裂,燃燒破裂。這些缺陷都會(huì)造成電流過(guò)量,因而損害到組件的可靠性,詳細(xì)說(shuō)明如下:
1、電極間失效及結(jié)合線(xiàn)破裂主要由陶瓷的高空隙,或電介質(zhì)層與相對(duì)電極間存在的空隙 引起,使電極間是電介質(zhì)層裂開(kāi),成為潛伏性的漏電危機(jī)
2、燃燒破裂的特性與電極垂直,且一般源自電極邊緣或終端。假如顯示出破裂是垂直的 話(huà),則它們應(yīng)是由燃燒所引起。
結(jié)論:
由熱擊所造成的破裂會(huì)由表面蔓延至組件內(nèi)部,而過(guò)大的機(jī)械性張力所引起的損害,則可由組件表面或內(nèi)部形成,這些破損均會(huì)以近乎 45°角的方向蔓延,至于原材失效,則會(huì)帶來(lái)與內(nèi)部電極垂直或平行的破裂。另外:熱擊破裂一般由一個(gè)端接蔓延至另一個(gè)端接﹐由取放機(jī)造成的破裂﹐則在端接下面出現(xiàn)多個(gè)破裂點(diǎn)﹐而因電路板扭曲而造成的損壞﹐通常則只有一個(gè)破裂點(diǎn)。
審核編輯:郭婷
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原文標(biāo)題:陶瓷電容失效分析講解
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