零件知識專欄 — 積層陶瓷電容裂化

發表日期:2014/08/15    本文瀏覽次數:13,823次

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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

mlcc crack reason

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。

MLCC Thermal Crack外觀

mlcc thermal crack

Side Crack (knit line crack)可能在MLCC壓合(Pressing)、燒結(sintering)及有存在的缺陷。

焊接維修溫度曲線管控 

control thermal profile

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。

MLCC於PCBA 板彎

mlcc pcba bending

 

彎曲測試

mlcc bending test

 

介電材料彎曲測試失效率

dielectric bending failure rate

PCBA 板彎之MLCC Crack

mlcc pcba bending crack

 

快速機打件MLCC Crack

mount mlcc crack

PCBA 分板 MLCC Crack

pcb splitting mlcc crack

 

PCBA折板邊治具避免MLCC Crack

pcb splitting jig

手折PCBA板彎

handling after chip mounted

 

ICT 測試MLCC Crack

ict mlcc crack

 

降低應力的焊墊設計

reduce stress pad

 

浮接設計及彈性外電極-參考三星電機Automotive MLCC投影片

float design soft termination

具彈性緩衝接腳之晶片電容器

lead frame mlcc

 

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