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MLCC陶瓷电容应力测试的应用和案例分析

品控科技 2022-02-09 16:37 次阅读

摘要:应变测试可以量化零件所在位置的应变,而根据这个量化的应变来判断零件破裂的风险,从而为改善措施提供方向。

MLCC:多层陶瓷电容器

微应变:是一个无量纲的物理量,当一个PCBA受到外力的作用,PCBA就会发生一个形变,拉伸变长应变为正,压缩变短应变为负,行业一般极限参考500μe。

主应变:一个平面中最大和最小的正交应变,互相垂直起所在的方向切应变为“0”。

应变率:是用来描述应变变化的快慢的程度。应变的变化量除以这个变化被测量到的时间间隔。应变率也是用来衡量元件破裂的风险,多用于衡量BGA锡点的破裂风险。对于MLCC,主要用应变来衡量元件的破裂风险,对于应变率一般客户没有要求的话,极限值一般参考100000μe/s。

引言:
MLCC以其低等效串联电阻,体积小,效率高等特性广泛地应用到各类电子产品当中。但由于陶瓷本身的脆性,导致MLCC在抗变形能力差,从而给电子产品的制造带来了风险和增加了难度。在PCBA生成中,即使MLCC上有裂缝却仍能工作一段时间,所以多数MLCC破裂的情况在工厂端都测试不出来。当这些破裂的MLCC在经过电和热循环后,裂缝会慢慢增大直至电极间短路或者开路而最后失效。由于MLCC的破裂具有一定的潜伏性,因此给产品的可靠性带来了很大的危害。
而通过应变测试来量化制程中MLCC所在的位置应变,可以很方便和直观的知道MLCC在那些工序中有比较大的应变,和同一个工序中那些MLCC所在的位置有比较大的应变。

poYBAGIDeKSASR2aAAxGKwovLNs455.png由于应力过大导致器件失效

应变测试的原理:将应变片贴敷在PCB板上,当PCB发生形变时应变片的阻值会随之变化,通过应变测试仪可以量化这个应变,从而通过这个量化的应变与零件的极限应变比较来判断PCB的变形对元件或者元件锡点的风险。(关于零件的应变极限的确定,请参考IPC/JEDEC-9704附录2)。

案例分析:

走刀式分板导致MLCC破裂。
一家做咖啡机的厂商,在一批出货的一款咖啡机过程中,共收到几十台有相同不良现象的机台,经过电路分析发现,不良是由MLCC C134导致的。而通过切片分析,发现C134上的裂纹是典型的机械应力裂纹,是由PCB变形导致的。
看其中一个MLCC的图片(红色箭头处是裂纹):

poYBAGIDeQOAEkV7AA_0sZiepA8110.png
通过应变测试,发现分板制程中C134处的产生的应变最大。C134的距离板边的距离如下图所示,C134与分板边的距离约3MM.

(贴敷好应变片的PCB,如下图:)

poYBAGIDet-AI2kXAA1kUFYfXK0410.png (贴敷好应变片的PCB,如图:)对整个分板过程进行监测,如图pYYBAGIDer-AD2AgAA0ssVtnnq0747.png分板结束

应变测试结果(P&D Strain)如下:
最大主应变值为2269.3μe,远超过目前行业对MLCC的应变标准±500ue,MLCC破裂风险很高,成为了导致PCB失效的潜在杀手。

poYBAGIDe1eAQXhvAABFAsN1Vm8814.pngpYYBAGIDe2aAZK_6ABBZpfw2qZ4439.png单通道数(Single Strain)应变值:pYYBAGIDe4mATTBlAABB7C3ZwWw933.png对整个分板过程进行实时监测,波形图如下图:pYYBAGIDe6mAAbpKAA6Z8ISqhww229.pngpoYBAGIDe76AX6ojABYHNPNgLmI322.pngStrain VS Rate VS PWB点位图如下:

当通过应变测试得知,C134是由于走刀分板制程中的应变而失效,公司找到分板机供应商,对设备进行调整后应变测试结果如下:

poYBAGIDe_yAZSswAACLetvm6xM908.png对整个分板过程进行实时监测,波形图pYYBAGIDfBuAdGbXABWrgGlolIk536.pngpYYBAGIDfCOAFAH-ABEOYULyF4I772.png Strain Rate波形图pYYBAGIDfD-AP8dMABNHTwBBr9Q150.pngStrain VS Rate VS PWB点位图

得知结论:对PCBA生成工序进行应变测试,然后根据测试结果分析,对生成设备或者治具进行调整,降低外部机械力对PCBA产生的影响,有效的控制风险,提升失效率。

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