陶瓷电容器的横截面

电器工程 电容器 分析
2022-01-15 11:38:12

我正在尝试对一堆陶瓷电容器进行故障分析。

应用程序的简短描述:

10 个 220 µF 陶瓷电容器 1210 封装与 3.6 V 电池并联放置。MCU 会定期唤醒(最多每分钟一次)并消耗电流(几毫秒的最大峰值 10-15 mA)。回到极低功耗睡眠前的总时间为 130 毫秒。电容器应该保持足够的能量来覆盖这一点,而不会低于 1.6 V(MCU 的最小电源电压)。

这是必需的,因为工作温度低,电池无法供电。在 MCU 休眠时,电池有足够的时间为电容器充电。

我怀疑电容器短路。因为:

  • 我的一些 PCB 上的电池电量很快耗尽
  • 根据我的阅读,陶瓷电容器,尤其是大封装的,对机械应力很敏感,会破裂,导致短路

为了亲眼看到这一点,我尝试制作横截面,但我很难理解我所看到的。

我是如何制作横截面的:

  • 用dremel将放置电容器的PCB的一角剪掉
  • 将切断的 PCB 模塑在环氧树脂胶中,使处理更容易
  • 使用金刚石圆锯片在电容器的大致中间(纵向)制作横截面
  • 湿磨和抛光至 1 微米,然后是 1 µ 研磨膜

我在两个 PCB 上重复了这一点。

有3个电容器彼此相邻: 概述

在这里您可以看到电容器之间的颜色差异,右上角和中下角颜色较深。但正如你所看到的,不在同一个位置。

我没有足够的代表来添加所有图像。我将评论所有图像的链接。如果有人可以编辑图像并将其添加到帖子中,将不胜感激。

较深的颜色(右上角,中下)看起来像这样特写。黑暗1 第三

几乎是我所期望的陶瓷电容器的样子。至少你可以看到某种层次感。但是这些层并不像我预期的那样坚固。这会是研磨和抛光造成的损坏吗?

层之间的距离为 2 µm。

浅色的看起来像这样: 第四 第五

这是什么?!例如,高电流会导致这些层像这样熔化在一起吗?或者这也可能是我的研磨和抛光造成的?

在这里我们可以看到焊料中有气泡。但是靠近底部的缝隙,会不会是机械应力造成的损坏?

第六

后来我尝试进一步研磨和抛光电容器。它看起来完全一样。如果奇怪的波纹和/或脱落的层是由研磨和抛光引起的,我预计特性会发生变化。例如,一个波浪形的现在已经断开了层,反之亦然。

使用的确切电容器是太阳诱电 JMK325ABJ227MM-T

2个回答

在我看来,研磨/抛光做得相当好(多加小心,划痕可能会更少),并且您正在查看电容器横截面的准确且未损坏的图像。

“暗”图像或多或少是我期望从穿过电极平面的电容器中看到的。深色陶瓷基体中的金属电极。对于较低值的电容器,我希望看到更粗的平行线,但对于这些线来说,稍微波浪形和断裂并不是一个巨大的惊喜。我希望这是因为他们采取了特殊步骤,以便在微型封装中获得非常高的电容。可能是网格电极而不是平面的组合,并在构建层之后但在最终烧制之前挤压/形成陶瓷,以使层更薄。

“苍白”的图像或多或少是我对平行于电极平面截面的电容器的期望。假设您使用了金相磨床(看起来像),那么您的截面是平的,但电极不是。因此,您会在电极与截面平面相交处获得类似轮廓的特征。

我怀疑你会在这些图像中发现你的泄漏。其他要看的地方:

  • 检查数据表中的预期电阻。有你想象的那么高吗?检查数据表中给出的条件,看看您的环境是否可能使情况变得更糟。
  • 检查一批新电容器,看看电阻是多少
  • 从保修退货中检查一堆电容器,看看电容或电阻是否发生了变化。
  • 组装前测量PCB上的电阻(应该很好而且很高)
  • 测量完成的 PCB(可能没有 MCU)上的电阻。寻找未充分清洁并可能降低电阻的助焊剂的证据。

我假设这个练习的目的是寻找合适的电容器。

除非您要购买数以亿计的东西,并且具有让制造商倾听的购买影响力,否则对电容器进行物理分析不会让您沿着能够获得优质零件的道路前进,即使您能弄清楚找出问题所在以及如何更改制造商的流程。

首先,确定所有不同的电容器制造商。然后从每个那里购买几个合适的电容器样品。在焊接前测量它们的泄漏。焊接到板上并重新测量其泄漏。作为这些测试的结果,确定可以购买或不应购买的特定零件编号。然后坚持良好的零件编号。

警告,泄漏测量很难做好,请等待足够长的时间,检查 DMM 和放大器输入电流等寄生电流,确保表面污染物不会导致电路板泄漏。

220uF对于 SMD 电容器来说已经很多了。通过使用不太极端的电容/体积比,您可能会获得更好的结果,即使这意味着使用更多部件。制造商为不同的 C/V 比使用不同的陶瓷,您可能会发现在您购买的特定尺寸比中,泄漏已经牺牲了容量。请注意,X7R、Y5U 等名称不能识别陶瓷,只有温度系数和公差规格。它们无法识别 voltco(高 C/V 比陶瓷的一个非常糟糕的特性),也不会识别任何泄漏规格。