贴片陶瓷电容失效事件分析--PCB应力应变分析

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描述

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。

MLCC

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

MLCC

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

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