零件知識專欄 — 積層陶瓷電容裂化
積層陶瓷電容裂化是常見的品質問題，需討論「形成原因、類別展開、失效模式、如何避免」。
積層陶瓷電容製程在壓合(Lamination/Pressing)階段需要施加巨大壓力，積層Bar上施加壓力把Multi-Layered Green Ceramic Sheet 壓成 Mono (單一) -Layer Ceramic Capacitor，過程中將產生內應力。內電極與陶瓷界電層膨脹係數差異大(CTE)，燒結(Sintering/Firing)與冷卻過程中又增加應力。外電極與內電極在外部電極燒結 (Fire Termination)，結合存在向異性。且外電極與陶瓷膨脹係數差異較大，PCBA焊接的熱應力，也有機會使外電極與陶瓷結合處產生裂痕。
MLCC Crack 形成原因及類別展開
常見Crack可概分為兩大類 「Thermal Crack & Mechanical」，展開圖如下：
MLCC Crack類別及原因
熱應力衝擊：可再細分為「最高溫應力、熱瞬間變化」兩種裂化，而熱瞬間變化又包含升溫及降溫。常發生在「迴流焊(Reflow Soldering)、波封焊(Reflow Soldering)、維修(Rework)」的過程，所引起Thermal Crack。所以在可靠度的實驗，一般單體零件都有Thermal Shock。
- 單體零件：MLCC原材料「內電極、介電材料、外電極」膨脹係數差異。
- PCBA：冷卻過程PCBA與MLCC單體零件所造成的應力。
- MLCC熱應力所造成不良外觀
MLCC Thermal Crack外觀
Side Crack (knit line crack)可能在MLCC壓合(Pressing)、燒結(sintering)及有存在的缺陷。
- 需透過溫度管控避免Thermal Crack
焊接維修溫度曲線管控
機械應力衝擊：常發生在「SMT快速機打件、PCBA分板(Cut, Route)、PCBA製造後板彎、ICT測試、PCBA搬運或組裝撞件」的過程，所引起Mechanical Crack。
- 板彎 (Bending/Flex現象)，不同MLCC介電材質 (C0G、X7R、Y5V)有不同承受能力。
MLCC於PCBA 板彎
彎曲測試
介電材料彎曲測試失效率
- MLCC機械應力所造成不良外觀
PCBA 板彎之MLCC Crack
快速機打件MLCC Crack
PCBA 分板 MLCC Crack
PCBA折板邊治具避免MLCC Crack
手折PCBA板彎
ICT 測試MLCC Crack
降低應力的焊墊設計
- 要降低MLCC Crack需要相關價值活動管控。
- 供應商管控：降低MLCC單體內在風險，
- 零件管控：詳細MLCC參數管理，避免後續快速機打件所造成Crack
- 硬體設計：適當PAD、Layout Placement、撈板…等
- PCBA製造：焊錫量、快速機打件、PCBA分板、ICT測試、半成品搬運、重工維修、鎖螺絲..等管控。
- 品管不良分析：MLCC本體不良、系統製造不良…等分析。
- 不同Crack有對應失效模式，包含Open、Short、電容量下降、漏電流提升…，在部分安全等級較高的產品，例如車規、電源..等，則會提升承受應力能力，及當發生Crack時，保證在Open Mode。
浮接設計及彈性外電極-參考三星電機Automotive MLCC投影片
具彈性緩衝接腳之晶片電容器
