一文讲解多层陶瓷电容器装联工艺

多层陶瓷电容器（MLCC）是微波组件或模块中常用元件。由于组件或模块的体积较小，数量小、品种多、结构复杂，元器件的装联不适用钢版印刷涂胶、自动贴片等工艺，多采用手工电烙铁焊接方式进行装联。然而，经手工电烙铁焊接装联后的MLCC，在后续的测试调试、环境适应性试验中，经常出现因热损伤产生的裂纹，严重的可导致产品失效。接下来，小编将接着《微波组件中多层陶瓷电容器装联工艺研究》一文中的内容继续讲解分析。

2）DPA分析

按试验组编号，将安装有MLCC的PCBA按照DPA样品制作程序进行研磨、显微检验取样，本文采用DZ-3型体视显微镜观察陶瓷电容器研磨界面结构，研磨过程中如发现PCBA上电容器内部结构异常，即对研磨界面进行摄片。

研磨解剖结果显示，共有12只电容器内部发现裂纹缺陷。其中，PCBA上a3位置电容器存在裂纹缺陷的比例为：A1组为20%、A2组为10%、A3/A4组为0；PCBA上b2/b3位置电容器存在裂纹缺陷的比例为：B1组为30%、B2组为20%、B3/B4组为0。MLCCDPA分析统计结果见表1。

从试验中分析，几乎所有裂纹缺陷都出现在MLCC的电极附近。

4、陶瓷电容器DPA结果分析

1）MLCC焊接热应力

MLCC是由陶瓷介质、金属内电极、端电极3部分组成，陶瓷介质和金属内电极交错形成叠层结构。不同材料的物理性质各不相同，特别是无机非金属和金属材料之间差异更大。在MLCC装联焊接中，材料的热膨胀系数和焊接热的传导对焊接可靠性影响很大，陶瓷介质材料的热膨胀系数约为7×10-6/℃、热导率为5W/（m·K），而电极和焊接材料的热膨胀系数为16×10-6～23×10-6/℃，热导率为35～50W/（m·K）。因此，当结构的温度变化时，其内部将产生热不匹配，并产生热应力，在足够大的交变热应力作用下，MLCC易发生热疲劳失效、电容器内部出现裂纹以及多层结构内部脱落失效。

表1MLCCDPA分析统计结果

另一方面，手工焊接过程中，PCB的焊盘在高温烙铁头的作用下，局部受热、膨胀，冷却后收缩使MLCC处于应力装联状态。在后续的温度循环试验或装配应力作用下，应力释放，造成MLCC损伤。

2）分组试验结果对比

对试样MLCC外观目视检验和DPA解剖分析结果，采用焊接方法3、4分组中所有电容器未发现结构内和外形热应力损伤，说明回流焊工艺进行焊接，由于焊接过程中回流曲线设置了预热区，MLCC由室温较缓慢的升至焊接温度，温度变化梯度小，温度场较均匀，这样的焊接条件能有效减小电容器在电装过程中受到的综合应力的影响，最大程度保障电容器在电装环节的可靠性。

由于手工烙铁焊接，难以避免烙铁头触碰MLCC的端电极，且焊料量不易控制，PCB焊盘局部受热产生形变，这些原因造成MLCC内部热场分布瞬间突变，在强烈的温度冲击下产生热应力，使得MLCC形成应力安装，是MLCC焊接失效的主要因素。

5、结论

综上所述，陶瓷电容器采用手工焊接方式下进行装联时，出现内部结构裂纹、电极损伤，主要原因是：MLCC端头电极温度的温度急剧变化，其内部产生热不匹配，并产生热应力，PCB焊盘局部受热产生形变，在足够大的交变热应力作用下，MLCC易发生热疲劳失效、电容器内部出现裂纹以及多层结构内部脱落失效。

通过分组焊接对比试验表明，在smt贴片打样或加工生产中，传统的MLCC手工焊接方式，易产生陶瓷电容器的结构性损伤，在微波模块或组件使用中，成为MLCC可靠性下降的主要原因；在微波模块或组件中，MLCC装联焊接不适合选用回流焊接工艺时，应当将电容器预先采用红胶固定，在适当预热条件下用恒温智能烙铁焊接，且烙铁头不能触及MLCC端头电极，烙铁头温度不应超过260℃，焊接时间为2～3s。

外观检查和DPA解剖分析结果中，回流焊接试验组中全部电容器内部结构均未见异常，说明采用smt回流焊工艺进行焊接，能有效减小陶瓷电容器在装联焊接过程中受到的综合应力的影响，最大程度保障陶瓷电容器在电装环节的可靠性。

编辑：hfy