MLCC陶瓷电容应力测试的应用和案例分析

摘要：应变测试可以量化零件所在位置的应变，而根据这个量化的应变来判断零件破裂的风险，从而为改善措施提供方向。

MLCC:多层陶瓷电容器 。

微应变：是一个无量纲的物理量，当一个PCBA受到外力的作用，PCBA就会发生一个形变，拉伸变长应变为正，压缩变短应变为负，行业一般极限参考500μe。

主应变：一个平面中最大和最小的正交应变，互相垂直起所在的方向切应变为“0”。

应变率：是用来描述应变变化的快慢的程度。应变的变化量除以这个变化被测量到的时间间隔。应变率也是用来衡量元件破裂的风险，多用于衡量BGA锡点的破裂风险。对于MLCC，主要用应变来衡量元件的破裂风险，对于应变率一般客户没有要求的话，极限值一般参考100000μe/s。

引言：
MLCC以其低等效串联电阻，体积小，效率高等特性广泛地应用到各类电子产品当中。但由于陶瓷本身的脆性，导致MLCC在抗变形能力差，从而给电子产品的制造带来了风险和增加了难度。在PCBA生成中，即使MLCC上有裂缝却仍能工作一段时间，所以多数MLCC破裂的情况在工厂端都测试不出来。当这些破裂的MLCC在经过电和热循环后，裂缝会慢慢增大直至电极间短路或者开路而最后失效。由于MLCC的破裂具有一定的潜伏性，因此给产品的可靠性带来了很大的危害。
而通过应变测试来量化制程中MLCC所在的位置应变，可以很方便和直观的知道MLCC在那些工序中有比较大的应变，和同一个工序中那些MLCC所在的位置有比较大的应变。

 

由于应力过大导致器件失效

应变测试的原理：将应变片贴敷在PCB板上，当PCB发生形变时应变片的阻值会随之变化，通过应变测试仪可以量化这个应变，从而通过这个量化的应变与零件的极限应变比较来判断PCB的变形对元件或者元件锡点的风险。（关于零件的应变极限的确定，请参考IPC/JEDEC-9704附录2）。

案例分析：

走刀式分板导致MLCC破裂。
一家做咖啡机的厂商，在一批出货的一款咖啡机过程中，共收到几十台有相同不良现象的机台，经过电路分析发现，不良是由MLCC C134导致的。而通过切片分析，发现C134上的裂纹是典型的机械应力裂纹，是由PCB变形导致的。
看其中一个MLCC的图片（红色箭头处是裂纹）：

通过应变测试，发现分板制程中C134处的产生的应变最大。C134的距离板边的距离如下图所示，C134与分板边的距离约3MM.

 

                 （贴敷好应变片的PCB，如下图：）

                 （贴敷好应变片的PCB，如图：）对整个分板过程进行监测，如图分板结束

应变测试结果（P&D Strain）如下：
最大主应变值为2269.3μe，远超过目前行业对MLCC的应变标准±500ue，MLCC破裂风险很高，成为了导致PCB失效的潜在杀手。

单通道数（Single Strain）应变值：对整个分板过程进行实时监测，波形图如下图：Strain VS Rate VS PWB点位图如下：

当通过应变测试得知，C134是由于走刀分板制程中的应变而失效，公司找到分板机供应商，对设备进行调整后应变测试结果如下：

对整个分板过程进行实时监测，波形图             Strain Rate波形图Strain VS Rate VS PWB点位图

得知结论：对PCBA生成工序进行应变测试，然后根据测试结果分析，对生成设备或者治具进行调整，降低外部机械力对PCBA产生的影响，有效的控制风险，提升失效率。