电容早期失效模式与预防.ppt

内部资料，请勿外传！内部资料，请勿外传！编制：冠华编制：冠华公司公司 www.china-MLCC早期失效模式分析与预防早期失效模式分析与预防目目 录录v一、一、失效模式的概念和分类失效模式的概念和分类v二、二、MLCC早期失效模式分类早期失效模式分类v三、三、MLCC早期失效分析方法和仪器早期失效分析方法和仪器v四、四、MLCC早期失效的预防早期失效的预防v五、五、MLCC使用注意事项使用注意事项一、失效模式的概念和分类一、失效模式的概念和分类 失效模式失效模式就是失效的外在表现形式，就是失效的外在表现形式，不需要验证和深入说明其物理原因。不需要验证和深入说明其物理原因。按失效的持续性分类：致命性失效、间歇按失效的持续性分类：致命性失效、间歇失效、缓慢退化失效、缓慢退化按失效时间分类：按失效时间分类：早期失效早期失效、随机失效、随机失效、磨损失效磨损失效按电测结果分类：开路、短路或漏电、参按电测结果分类：开路、短路或漏电、参数漂移、功能失效数漂移、功能失效按失效原因分类：原材料、生产、使用等按失效原因分类：原材料、生产、使用等二、二、MLCC早期失效模式分类早期失效模式分类 多层陶瓷电容器本身的内在可靠性十分优良，可以长多层陶瓷电容器本身的内在可靠性十分优良，可以长时间稳定使用。但如果器件本身存在缺陷或在组装过程时间稳定使用。但如果器件本身存在缺陷或在组装过程中引入缺陷，则会对其可靠性产生严重影响中引入缺陷，则会对其可靠性产生严重影响。所以我们。所以我们今天重点介绍今天重点介绍MLCC的早期失效模式。的早期失效模式。二、二、MLCC早期失效模式分类早期失效模式分类 MLCC早期失效模式分为早期失效模式分为内部缺陷失效内部缺陷失效和和外部应力失效外部应力失效。1、内部缺陷失效模式分析、内部缺陷失效模式分析 1.1电极孔洞、杂质电极孔洞、杂质 原因分析：原因分析：A.介质膜片表面吸附有杂质；介质膜片表面吸附有杂质；B.电极印刷过程中混入杂质；电极印刷过程中混入杂质；C.内电极浆料混有杂质或有机物的分散不内电极浆料混有杂质或有机物的分散不 均匀。均匀。二、二、MLCC早期失效模式分类早期失效模式分类1.2电极分层、开裂电极分层、开裂原因分析：原因分析：A.内电极印刷后干燥不良；内电极印刷后干燥不良；B.排胶曲线不合理；排胶曲线不合理；C.内电极浆料和瓷介不匹配；内电极浆料和瓷介不匹配；D.内电极浆料质量不佳；内电极浆料质量不佳；E.瓷浆的配方不合理；瓷浆的配方不合理；F.层压参数不合理。层压参数不合理。二、二、MLCC早期失效模式分类早期失效模式分类1.3内电极偏厚、浆料堆积内电极偏厚、浆料堆积原因分析：原因分析：A.内浆中的金属颗粒分散不均匀；内浆中的金属颗粒分散不均匀；B.局部内电极印刷过厚；局部内电极印刷过厚；C.内电极浆料质量不佳。内电极浆料质量不佳。二、二、MLCC早期失效模式分类早期失效模式分类2、外部应力失效模式分析、外部应力失效模式分析 2.1机械应力机械应力-振动、冲击、离心力或其他力学量超过振动、冲击、离心力或其他力学量超过规定的最大额定值。规定的最大额定值。原因分析：原因分析：多层陶瓷电容器的特点是能够承受较大的多层陶瓷电容器的特点是能够承受较大的压应力，但抵抗弯曲能力比较差。器件组装过程中任压应力，但抵抗弯曲能力比较差。器件组装过程中任何可能产生弯曲变形的操作都可能导致器件开裂。何可能产生弯曲变形的操作都可能导致器件开裂。常见应力源有：贴片常见应力源有：贴片过程中吸嘴产生的撞击过程中吸嘴产生的撞击；流；流通通过过程中的人、设备、重力等因素；通孔元器件插入；电程中的人、设备、重力等因素；通孔元器件插入；电路测试、单板分割；电路板安装；电路板定位铆接；路测试、单板分割；电路板安装；电路板定位铆接；螺丝安装等。该类裂纹一般起源于器件上下金属化端，螺丝安装等。该类裂纹一般起源于器件上下金属化端，沿沿45角向器件内部扩展。该类缺陷也是实际发生最角向器件内部扩展。该类缺陷也是实际发生最多的一种类型缺陷。多的一种类型缺陷。二、二、MLCC早期失效模式分类早期失效模式分类 典型的机械应力裂纹如下图：典型的机械应力裂纹如下图：电容在受到过强机械应力冲击时，一般会形电容在受到过强机械应力冲击时，一般会形成成45度裂纹（如左图）和度裂纹（如左图）和Y型裂纹（如右图）型裂纹（如右图）二、二、MLCC早期失效模式分类早期失效模式分类 2.2热应力热应力-环境温度、壳温、结温超过规定环境温度、壳温、结温超过规定的最大额定值。的最大额定值。原因分析：原因分析：主要由于器件在焊接特别是波峰主要由于器件在焊接特别是波峰焊时承受温度冲击所致，不当返修也是导致焊时承受温度冲击所致，不当返修也是导致温度冲击裂纹的重要原因。温度冲击裂纹的重要原因。二、二、MLCC早期失效模式分类早期失效模式分类 典型的热应力裂纹如下图：典型的热应力裂纹如下图：电容在受到过强热应力冲击时，产生的裂电容在受到过强热应力冲击时，产生的裂纹无固定形态，可分布在不同的切面，严重纹无固定形态，可分布在不同的切面，严重时会导致在电容侧面形成水平裂纹。时会导致在电容侧面形成水平裂纹。二、二、MLCC早期失效模式分类早期失效模式分类 2.3电应力电应力-电源输出输入的电流、电压超电源输出输入的电流、电压超过规定的最大额定值。过规定的最大额定值。原因分析：电容受到瞬间过强电压、电流原因分析：电容受到瞬间过强电压、电流作用，如浪涌、静电；实际电路中电压值作用，如浪涌、静电；实际电路中电压值超过电容器额定工作电压。超过电容器额定工作电压。二、二、MLCC早期失效模式分类早期失效模式分类 典型的电应力裂纹如下图：典型的电应力裂纹如下图：过电应力导致产品发生不可逆变化，表现过电应力导致产品发生不可逆变化，表现为耐压击穿，为耐压击穿，严重时导致多层陶瓷电容器开严重时导致多层陶瓷电容器开裂、爆炸，甚至燃烧等严重后果裂、爆炸，甚至燃烧等严重后果。三、三、MLCC早期失效分析方法和分析仪器早期失效分析方法和分析仪器1、基本电性能检测（、基本电性能检测（C、DF、IR、BV）：初步判断）：初步判断产品是否失效及失效模式。产品是否失效及失效模式。分析仪器：分析仪器：HP4278A电桥、电桥、NF2511绝缘电阻测试绝缘电阻测试仪、耐压测试仪仪、耐压测试仪2、外观检验：观察样品四面外观，分析是否存在外、外观检验：观察样品四面外观，分析是否存在外观缺陷不良或瓷体表面裂纹。观缺陷不良或瓷体表面裂纹。分析仪器：高倍显微镜、数码照相机分析仪器：高倍显微镜、数码照相机3、DPA分析：分析：金相剖面既是最经典，同时也是最有金相剖面既是最经典，同时也是最有效的陶瓷电容器的失效分析方法。其优点是通过剖效的陶瓷电容器的失效分析方法。其优点是通过剖面及相应的光学或扫描电子显微镜检测，可以得到面及相应的光学或扫描电子显微镜检测，可以得到失效部位的成分、形貌等精细结构，从而帮助失效失效部位的成分、形貌等精细结构，从而帮助失效机理的分析。但其缺点是制备比较复杂，对制备技机理的分析。但其缺点是制备比较复杂，对制备技术要求比较高，同时为破坏性检测手段。术要求比较高，同时为破坏性检测手段。分析仪器：磨片机、高倍显微镜、数码照相机分析仪器：磨片机、高倍显微镜、数码照相机三、三、MLCC早期失效分析方法和分析仪器早期失效分析方法和分析仪器4、可靠性试验：通过试验判断样品相关可靠性能是否符、可靠性试验：通过试验判断样品相关可靠性能是否符合标准。合标准。v1）IR测试：低压测试：低压85/85、加速寿命等；、加速寿命等；v2）容量变化测试：潮湿试验、）容量变化测试：潮湿试验、TC试验、抗弯曲试验、试验、抗弯曲试验、寿命、高压放置、高温试验、低温试验、高温负荷试验、寿命、高压放置、高温试验、低温试验、高温负荷试验、回流焊试验、自然老化试验等；回流焊试验、自然老化试验等；v3）外观测试：电烙铁试验、端电极加速氧化试验、）外观测试：电烙铁试验、端电极加速氧化试验、wetting balance 试验、可焊试验、耐焊试验、端电子试验、可焊试验、耐焊试验、端电子粘合力试验、抗冲击试验等；粘合力试验、抗冲击试验等；v4）物理性能测试：端头拉力试验、瓷体强度试验；）物理性能测试：端头拉力试验、瓷体强度试验；v5）耐压试验：）耐压试验：TV200粒试验、粒试验、VCR200粒试验等；粒试验等；三、三、MLCC早期失效分析方法和分析仪器早期失效分析方法和分析仪器5、扫描超声分析扫描超声分析 扫描超声方法是分析多扫描超声方法是分析多层陶瓷电容器重要的无损检层陶瓷电容器重要的无损检测方法。可以十分有效地探测方法。可以十分有效地探测空洞、分层和水平裂纹。测空洞、分层和水平裂纹。由于超声的分析原理主要是由于超声的分析原理主要是平面反射，因而对垂直裂纹平面反射，因而对垂直裂纹如绝大多数的烧结裂纹、垂如绝大多数的烧结裂纹、垂直分量较大的弯曲裂纹的分直分量较大的弯曲裂纹的分辨能力不强。同时一般多层辨能力不强。同时一般多层陶瓷电容器的检测需要较高陶瓷电容器的检测需要较高的超声频率。的超声频率。三、三、MLCC早期失效分析方法和分析仪器早期失效分析方法和分析仪器 6、SEM电镜分析电镜分析 SEM电镜分析为破坏性分析，主要用于电镜分析为破坏性分析，主要用于观察产品内部结构、分析产品内电极连续性、观察产品内部结构、分析产品内电极连续性、端电极结合状态及晶粒生长状态。端电极结合状态及晶粒生长状态。三、三、MLCC早期失效分析方法和分析仪器早期失效分析方法和分析仪器 7、甲醇检漏法甲醇检漏法 对于严重的分层或开裂，可以使用甲醇检对于严重的分层或开裂，可以使用甲醇检漏法，即将失效器件浸入甲醇溶液中。由于漏法，即将失效器件浸入甲醇溶液中。由于甲醇为极性分子，且具有很强的渗透力，因甲醇为极性分子，且具有很强的渗透力，因而可以通过毛细管作用渗透进入严重分层或而可以通过毛细管作用渗透进入严重分层或开裂部位。加电后产生很大的漏电流，从而开裂部位。加电后产生很大的漏电流，从而可帮助诊断。可帮助诊断。四、四、MLCC早期失效的预防早期失效的预防 多层陶瓷电容器的特点是在没有内在缺陷并且多层陶瓷电容器的特点是在没有内在缺陷并且组装过程也未引入其它缺陷的前提下，可靠性优越。组装过程也未引入其它缺陷的前提下，可靠性优越。但是如果存在缺陷，则无论是内在的还是外在的都但是如果存在缺陷，则无论是内在的还是外在的都可能对器件可靠性产生可能对器件可靠性产生一定的一定的影响。因而多层陶瓷影响。因而多层陶瓷电容器的电容器的早期失效早期失效主要通过预防性措施主要通过预防性措施控制控制。1、对于内部缺陷失效的预防：、对于内部缺陷失效的预防：A.原材料控制原材料控制 B.产品设计产品设计(性能及可靠性设计性能及可靠性设计)C.过程工艺控制过程工艺控制 D.外观、性能及可靠性验证外观、性能及可靠性验证四、四、MLCC早期失效的预防早期失效的预防MLCC生产流程图生产流程图：瓷浆瓷浆制备制备Mixing&Milling 流延流延CastingQCQC丝网叠印丝网叠印Printing QC层压层压LaminationQC切割切割CuttingQC排胶排胶Burn Out高温烧成高温烧成FiringQC倒角倒角TumblingQC封端封端Termination 烧端烧端Terminal FiringQC电镀电镀Plating清洗清洗Cleaning测试测试Testing终检验终检验Final Inspection包装包装(编带包装、散包装编带包装、散包装)Package(Tape&Reel,Bulk Package)QCQCQCQCQC四、四、MLCC早期失效的预防早期失效的预防2、对于、对于外部应力失效的预防：外部应力失效的预防：A.机械应力方面机械应力方面:1)在组装工艺中印刷线路板操作和流转过程中在组装工艺中印刷线路板操作和流转过程中特别是手工插件、铆钉连接、手工切割等工艺需要特别是手工插件、铆钉连接、手工切割等工艺需要特别加以注意。必要时甚至需要对产品设计进行修特别加以注意。必要时甚至需要对产品设计进行修改，以最大限度地使多层陶瓷电容器避开在工艺过改，以最大限度地使多层陶瓷电容器避开在工艺过程中可能产生较大机械应力的区域。程中可能产生较大机械应力的区域。2)检查组装过程中的电检测检查组装过程中的电检测 ICT工艺，必须注工艺，必须注意尽量减小测试点机械接触所带来的机械应力。意尽量减小测试点机械接触所带来的机械应力。四、四、MLCC早期失效的预防早期失效的预防B.热应力方面热应力方面:1)回流或波峰焊温度曲线，一般器件工艺商回流或波峰焊温度曲线，一般器件工艺商都会提供相关的建议曲线。通过组装良品率都会提供相关的建议曲线。通过组装良品率的积累和分析，可以得到优化的温度曲线。的积累和分析，可以得到优化的温度曲线。2)返修工艺中温度曲线的设置。如使用烙铁返修工艺中温度曲线的设置。如使用烙铁返修，则焊头接触焊点的位置、时间等都必返修，则焊头接触焊点的位置、时间等都必须加以规范。须加以规范。四、四、MLCC早期失效的预防早期失效的预防 C.电应力方面电应力方面:1)在器件选型时应注意实际工作电压不能高在器件选型时应注意实际工作电压不能高 于器件的额定工作电压。于器件的额定工作电压。2）避免浪涌、静电现象对器件的冲击。）避免浪涌、静电现象对器件的冲击。五、五、MLCC使用注意事项使用注意事项1、焊料量多少；、焊料量多少；2、阻焊区设置；、阻焊区设置；3、SMT方面；方面；4、元器件分布；、元器件分布；5、焊接过程。、焊接过程。当电容器被安装在当电容器被安装在PC板上后，所使用的焊料量板上后，所使用的焊料量（焊盘的大小）会直接影响电容器的性能。（焊盘的大小）会直接影响电容器的性能。焊料量焊料量 与引脚元件不同的是，片状元件由于直接贴装于基片上，因此易受弯曲应与引脚元件不同的是，片状元件由于直接贴装于基片上，因此易受弯曲应力影响。而且它们对机械及热应力比引脚元件更敏感。焊接圆角过高会加大力影响。而且它们对机械及热应力比引脚元件更敏感。焊接圆角过高会加大此类应力，从而导致元件破损。因此在设计基片时，应考虑焊盘布局及尺寸，此类应力，从而导致元件破损。因此在设计基片时，应考虑焊盘布局及尺寸，以免焊接圆角偏高。以免焊接圆角偏高。阻焊区阻焊区 SMT 吸嘴在安装时下死点太低会对元件形成较大负荷，从而使元件破损。此吸嘴在安装时下死点太低会对元件形成较大负荷，从而使元件破损。此时可通过校正时可通过校正PCBPCB的扭曲度调节吸嘴的下死点。一般情况下，吸嘴的下死点的扭曲度调节吸嘴的下死点。一般情况下，吸嘴的下死点必须处于必须处于PCBPCB的上部表面。元件安装的吸嘴压力必须取在的上部表面。元件安装的吸嘴压力必须取在1 1至至3N3N静载荷。静载荷。吸嘴与圆柱内壁之间沉积的尘土颗粒及粉尘会使吸嘴移动不畅。这会在吸嘴与圆柱内壁之间沉积的尘土颗粒及粉尘会使吸嘴移动不畅。这会在安装时对元件形成较大负荷，从而导致元件损坏。定位爪磨损后会在定位时安装时对元件形成较大负荷，从而导致元件损坏。定位爪磨损后会在定位时用力不均，从而导致元件破损。吸嘴及定位爪必须定期维修、检查更换。用力不均，从而导致元件破损。吸嘴及定位爪必须定期维修、检查更换。器件分布器件分布 与引脚元件不同的是，片状元件由于直接贴装于基片上，与引脚元件不同的是，片状元件由于直接贴装于基片上，因此易受弯曲或挠曲应力影响。所以要选择因此易受弯曲或挠曲应力影响。所以要选择PCB弯曲或挠曲时弯曲或挠曲时元件承受压力最小的位置进行安装。元件承受压力最小的位置进行安装。器件焊接器件焊接 如果元件突然受热，则会降低其机械强度。原因是较大的温度变化会如果元件突然受热，则会降低其机械强度。原因是较大的温度变化会导致元件变形。为防止造成机械损坏，应对元件和导致元件变形。为防止造成机械损坏，应对元件和PCB板进行预热。板进行预热。www.china-The end谢谢大家！谢谢大家！