贴片陶瓷电容失效事件分析--PCB应力应变分析

一起贴片陶瓷电容失效事件,失效模式为短路，电容表面有裂纹，对于这颗电容进行分析失效，经过梳理，造成器件（MLCC）的失效各种可能性。

1.物料本身的问题。

此物料为日系大品牌，在我们公司有很多板卡上使用未出现此种不良情况，在失效板卡上用量也达到10余颗且其余位置无问题，基本可以排除物料本身缺陷问题。

2.温度冲击

温度冲击:主要发生在贴片回流焊接/波峰焊或返修过程中，此电容在PCB上的焊盘设计对称，回流曲线符合锡膏制程界限要求，符合电容规格书中温度要求，经查记录维修出问题板卡此位置未返修过，可以排除这种情况。

3.机械应力

陶瓷电容抗弯曲能力较差，在生产组装过程中PCBA产生的形变都有可能导致电容开裂，电容开裂后会短路，存在较大可能性。

4.浪涌电流

失效板卡中只有1pcs有电容的烧毁，其余无烧毁情况，基本可以排除这种情况。

5.介质击穿

输入过压超过电容击穿电压，此电容输入电压为24V（较为稳定），耐压50V，基本可以排除这种情况。

经过分析，基本确定为电容受到机械应力导致陶瓷与电极交界处有裂纹，电容受机械损伤后，造成电容器击穿电压与容值大大降低，上电后电极短路甚至熔融。寄给物料厂商的分析结果也是，受应力导致损坏。

电容切图开裂分析

对于应力，我们平时一直有挂在嘴边，但是今天是真真实实的发生在我们的身边，有那么的一点猝不及防，也借此来重新认识认识一下应力。

1.什么是应力

物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并试图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。

在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。（来自百度百科）。

2.应力带来的危害

对PCBA来说，应力的危害就是带来电子元器件的失效，并且失效可能具有隐蔽性，有些需要1-2年后才彻底的失效显现出来（此时产品已交付客户，会带来不良的影响），隐患非常大。

3.应力的类型（PCBA）

电应力:器件的工作电压不能超过额定电压，并且需降额使用。

热应力:温度产生变化时，器件因材料产生形变产生的应力。

机械应力:物体由于外因而受到的力。

4.生产制程中主要应力的来源

PCBA生产制程中机械应力存在的环节

5.如何的规避

应力不可避免，但是我们可以将应力控制在可控的范围内，因此我们需要对生产过程中重点工位进行应力管控，分板，压接，ICT测试,FCT测试，组装等。提前识别应力的高风险制程或区域，重点监测。

应力是可以测量的，通过应力测试仪（测试应变数据），正常应力的安全值应为：<500微应变。

6. 关于应力在PCB LAYOUT中的注意点

1）、应力敏感器件不放置在PCB的角，板边缘，拼板的切割点等高应力区域。

2）、应力敏感器件跟经常拔插的连接器保持一定的距离（经验值3mm），特别是PIN 数多的连接器。

3）、应力敏感器件跟测试点应力保持一定的距离（当使用ICT,FCT测试的时候）。

4）、应力敏感器件与压接器件保持一定的距离（具体距离视器件大小而定）。

5）、应力敏感器件需跟固定孔(打螺丝固定)保持一定距离(至少3mm ，具体距离视器件大小而定)。

6）、BGA,IC（64脚数以上QFP)不要设计在PCB的板中心位置（应力中心）。

7）、PCB的覆铜率需注意，防止因PCB层间覆铜率差异太大导致PCB变形。

8）、BGA，QFN等应力敏感器件的焊点尽量避免放在相邻两个螺钉孔的最短连线上。

以上，不足之处，请见谅。 PS：应力敏感器件类型贴片陶瓷电容1206以上贴片电阻晶体管晶振BGA,QFP等集成电路。
 

审核编辑：汤梓红