MLCC(贴片电容)的可靠性和失效模式

电器工程 电容器 表面贴装 可靠性 失败
2022-01-10 05:53:22

最近我一直在准备生产一款全线使用MLCC电容的产品。它集成了一个使用它们的板载降压转换器,MLCC 也用于本地去耦。

我的原型包括使用热板的“狡猾”回流技术。一般有 10% 的时候,我会在板上发现一个短路的 MLCC,通常是因为通电时,盖子会冒烟。

但是,就在此时,我正在用烙铁更换其中一个盖子,更换后,它仍然短路。我确认电路板上没有其他短路(因为移除 3.3V 时显示出几 kohms 的电阻。)似乎焊接帽的简单操作导致它失败。

我最近还修理了一台液晶显示器,它在 T-con 板上有一个短路的 MLCC,一个流行论坛上的其他一些用户报告说这个问题出奇地普遍。现在,在这种情况下,显示器会变热或变热,但没有烙铁那么热 - 那么为什么这些会失败呢?

我计划为这些电路板提供五年或更长时间的保修,但我只能在我确信电路板能够在正常条件下生存的情况下这样做。

电容为 0603 (100n, 10u 6.3V)、0805 (22u 6.3V) 和 1206 (10u 35V)。都是 X5R 或 X7R。晶体有一些 18pF 的电容,但我从未见过那些失败的——不过我怀疑它们是与 MLCC 不同的技术。

4个回答

一些瓶盖供应商自己制造零件。一些人从较小的制造商处购买瓶盖,并在工厂重新贴上卷轴品牌。小心。我在 2002 年进行了一项 mlcc 故障调查,并开始在显微镜下检查卷轴上的盖子。3/10 卷轴破裂。裂缝迟早会导致短路。即使在显微镜下,裂缝也不明显。如果裂缝在表层以下,它们可能会呈现出细微的颜色变化。一些裂缝可能足以立即出现短路。不是全部。在这种情况下,供应商的制造商最终确定了一个漏斗,盖子在此开裂。

MLCC 对机械应力非常敏感。尤其是大于 1210 的尺寸。我曾经在一个重型机械连接器旁边发现了一个大功率旁路盖。最近的安装孔在 2 英寸外!在安装设备期间,它们以 5/10 的速度开裂。其中一小部分着火了。火会继续燃烧,直到它熔化铜,断开电源连接。

裂纹的另一个影响是降低了盖子的最大工作电压。它可能被指定为 200 V。但一旦破裂,它可能会在 40 V 时分解。在我的实验室中,破裂的盖子在测试时会起火——甚至低于它们的额定电压。

另一种加热电容的方法是超过它们的最大交流电流。很容易将电容视为零功耗器件。尤其是更高的 Q mlcc。但他们不是。计算电容消耗的功率,不要超过功率/交流电流限制。普遍出现在电源电路和转换器中。

MLCC 失效的原因有很多,包括机械应力(板弯曲)和热冲击。他们对制造过程非常敏感。在 Google 中输入“陶瓷电容器故障模式”,您将找到您需要的所有数据。

至于您描述的 CRT 问题,很可能有问题的电容器在组装过程中被潜在损坏,这过早地缩短了它们的寿命,导致早期现场故障。温暖的环境可能对故障率有所影响,但我怀疑尺寸合适、焊接正确的部件是否会仅仅因为这个而失效。

MLCC 返工不应使用熨斗进行。应使用热风返修工具均匀加热整个零件,使其在焊盘上“回流”,然后用镊子或其他工具将其移除。更换类似——均匀加热焊盘上的部件,使其回流,然后去除空气,让焊料凝固。用熨斗加热过多会在拆卸和更换时损坏零件。我相信 IPC 要求对 MLCC 进行热风返工,因为我的现任和前任雇主都严格执行有关可运输货物的这项政策。

我们采用了将 2 个 MLCC 串联堆叠并以直角安装的做法,用于任何连续供电的去耦帽。我们还将它们以直角安装,这样使一个盖子破裂的单一化应力不会使另一个盖子破裂。由于它们实际上总是短路故障,因此您还剩下 1 个电容仍在电路中。

MLCC 电容器制造商有很多关于焊接和安装注意事项的信息。手工焊接是导致故障机制的一个重要因素,(25 年的合同制造)。盖子越大,1206、2512、2225 等越容易受到热冲击和故障的影响。如果手工焊接,用热板加热元件以减少 Tshock。许多大公司禁止在其产品上手工焊接 MLCC 电容器。机械应力,尤其是使用旋转切割机进行分板会产生许多不良组件、LED 和 MLCC。MLCC 长度的设计方向应垂直于 PCB 潜在弯曲长度。远离任何潜在的应力点,即安装孔、I/O 连接器等。购买优质组件。如果一分钱和五分钱造就或破坏了产品,