当前位置：首页 > > 可靠性杂坛

工程师必看！MLCC的焊锡裂纹对策

时间：2021-09-23 15:34:11
关键字： MLCC   
手机看文章

扫描二维码
随时随地手机看文章

[导读]本文来源于面包板社区本文介绍MLCC（MultilayerCeramicChipCapacitor，积层贴片陶瓷片式电容器）发生焊锡裂纹的主要原因和对策。焊锡裂纹的主要发生原因MLCC的焊锡裂纹不仅会在焊锡工序等制造工序中产生，同时也会在推出市场后在严酷的使用条件下产生。发生原因...


本文来源于面包板社区



本文介绍MLCC（Multilayer Ceramic Chip Capacitor， 积层贴片陶瓷片式电容器）发生焊锡裂纹的主要原因和对策。



焊锡裂纹的主要发生原因


MLCC的焊锡裂纹不仅会在焊锡工序等制造工序中产生，同时也会在推出市场后在严酷的使用条件下产生。发生原因主要为以下几项。



(1) 热冲击、温度循环导致热疲劳
在高温/低温的反复温度变化的环境下，因MLCC与PCB的热膨胀系数之差导致热应力施加于焊锡接合部位后发生。此外，在焊接工序中，也会因为温度管理不完善而导致该情况发生。



（2）无铅焊锡
出于环保目的考虑而使用的无铅焊锡，其质地坚硬易碎，与以往的共晶焊锡相比，更容易发生焊锡裂纹，因此需要特别注意。



图1：焊锡裂纹的情形（切面）




焊锡裂纹的主要发生原因


MLCC的焊锡裂纹不仅会在焊锡工序等制造工序中产生，同时也会在推出市场后在严酷的使用条件下产生。发生原因主要为以下几项。



(1) 热冲击、温度循环导致热疲劳
在高温/低温的反复温度变化的环境下，因MLCC与PCB的热膨胀系数之差导致热应力施加于焊锡接合部位后发生。此外，在焊接工序中，也会因为温度管理不完善而导致该情况发生。



（2）无铅焊锡
出于环保目的考虑而使用的无铅焊锡，其质地坚硬易碎，与以往的共晶焊锡相比，更容易发生焊锡裂纹，因此需要特别注意。



图2：焊锡裂纹的主要发生原因及其影响




焊锡裂纹对策中需特别注意的应用及基板


焊锡裂纹产生的主要原因为热冲击、温度循环导致的热疲劳以及使用硬脆的无铅焊锡。



因此，在会产生急剧加热（急剧）或急剧冷却（急冷）等周温度急剧变化（热冲击）的环境，例如汽车发动机舱等高温发热部位周围的封装应特别注意。



此外，安装在室外等温度反复变化的环境下的产品，例如太阳能发电、风力发电、基地局等基础设施由于其维护周期长，因此需要注意焊锡裂纹对策。



图3：需要焊锡裂纹对策的应用



1. 由金属端子"分散"热冲击的金属支架电容


金属支架电容是一款在端子电极上安装金属端子的MLCC，分为单体型(单层)与堆双层型(双层：双重)2类。(图4)。



图4：金属支架电容的结构



对于耐热冲击的接合强度


TDK的金属支架电容对于焊锡裂纹拥有极高的抑制效果。图5为3000次循环热冲击的截面比较图，从图中可以看出，一般端子产品相比金属支架电容，其焊锡更易劣化。特别在2000次循环以上，其差异更加明显。



图5：热冲击试验结果（一般产品与金属支架电容的比较）



基板弯曲模拟的比较


通过焊锡接合于基板上的一般产品与金属支架电容的基板弯曲模拟如图6所示。因热冲击及基板弯曲等产生的应力会集中于焊锡接合部，此时一般产品极易产生焊锡裂纹，而金属支架电容的金属端子会吸收应力，因此减少了焊锡裂纹的产生。



图6：基板弯曲模拟（一般产品与金属支架电容的比较）



【金属支架电容的特点】


  • 通过在外部端子中使用金属端子，吸收因热冲击及基板弯曲所产生的应力。同时提高耐振动性。


  • 2段型产品中可通过并列使用2个相同容量电容器的电路等来削减封装面积。


  • 相比铝电解电容器，ESR、ESL更低。



【主要用途】


  • 车载应用（EPS、ABS、EV、HEV、LED灯等）


  • 平滑电路、DC-DC转换器、LED、HID


  • 急剧温度变化的使用环境、压电效应对策



2. 采用耐热冲击性优异的树脂电极层，耐摔性强的树脂电极品


一般MLCC端子电极的Cu底材层均进行了镀Ni及镀Sn。而树脂电极品是一款在镀Cu及镀Ni层中加入导电性树脂层的MLCC（图7）。



图7：一般端子产品与树脂电极品端子的不同点



树脂层吸收热冲击导致焊锡接合部膨胀收缩而产生的应力以及基板弯曲应力等，抑制焊锡裂纹的产生。



粘合强度下降率约为以往产品的一半


TDK的树脂电极MLCC的特点在于拥有极其优异的耐热冲击性。图8为一般端子产品与树脂电极品在经过热冲击后粘合强度试验的接合强度比较图表。为3000次循环的热冲击(-55 to 125℃/3000cyc.)数据。一般产品的粘合强度约下降90%，而导电性树脂端子型仅下降了约50%。



图8：粘合强度的下降率（一般端子产品与树脂电极品的比较）



【树脂电极品的特点】


  • 改善基板对于弯曲、掉落冲击、热冲击（热周期）的抵御能力。


  • 由导电性树脂吸收外部压力，保护焊锡的接合部与原件。



【主要用途】


  • 用于对需要使用焊接了积层贴片陶瓷片式电容器的基板的模块进行"弯曲裂纹"对策或预防


  • 用于安装于铝基板上的电气电路、对于弯曲需具备强耐久性且焊锡接合部存在问题的SMT


  • PC、智能钥匙、汽车多媒体、开关电源、基地局、车载应用（ECU、ABS、xEV等）




MLCC的焊锡裂纹对策总结


电容器与基板的接合部施加应力后会产生"焊锡裂纹"，从而可能引起元件脱落、开路故障等。



汽车发动机舱或拥有其他热源的设备等暴露于热冲击、温度循环中的设备；实现无维护的基础设施；硬脆的无铅焊锡的接合需要特别注意。



各产品的特点于表9中进行了总结。



客户可根据用途选择产品,从而提高产品可靠性。



表9：MLCC焊锡裂纹对策的比较




—END—





本站声明： 本文章由作者或相关机构授权发布，目的在于传递更多信息，并不代表本站赞同其观点，本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者，如若文章内容侵犯您的权益，请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读
[电子设计自动化]

与传统的驱动方式相比，共阴恒流驱动在能效有哪些优势

LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。

关键字： 驱动电源
[电源]

工业电机驱动电源设计：反电动势抑制与过流保护的集成方案

在工业自动化蓬勃发展的当下，工业电机作为核心动力设备，其驱动电源的性能直接关系到整个系统的稳定性和可靠性。其中，反电动势抑制与过流保护是驱动电源设计中至关重要的两个环节，集成化方案的设计成为提升电机驱动性能的关键。

关键字： 工业电机 驱动电源
[电源]

如何解决 LED 驱动电源的易损坏问题

LED 驱动电源作为 LED 照明系统的 “心脏”，其稳定性直接决定了整个照明设备的使用寿命。然而，在实际应用中，LED 驱动电源易损坏的问题却十分常见，不仅增加了维护成本，还影响了用户体验。要解决这一问题，需从设计、生...

关键字： 驱动电源 照明系统 散热
[电力电工电路]

LED设计中LED驱动电源的公式

根据LED驱动电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。

关键字： LED 设计 驱动电源
[汽车电子]

EV主驱IGBT隔离驱动电源方案选择问题探讨

电动汽车(EV)作为新能源汽车的重要代表，正逐渐成为全球汽车产业的重要发展方向。电动汽车的核心技术之一是电机驱动控制系统，而绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为电机驱动系统中的关键元件，其性能直接影响到电动汽车的动力性能和...

关键字： 电动汽车 新能源 驱动电源
[电源]

合理的驱动电源方案成为大功率区域照明的主流选择

在现代城市建设中，街道及停车场照明作为基础设施的重要组成部分，其质量和效率直接关系到城市的公共安全、居民生活质量和能源利用效率。随着科技的进步，高亮度白光发光二极管(LED)因其独特的优势逐渐取代传统光源，成为大功率区域...

关键字： 发光二极管 驱动电源 LED
[消费电子]

AC-DC电源转换拓扑结构设计

LED通用照明设计工程师会遇到许多挑战，如功率密度、功率因数校正(PFC)、空间受限和可靠性等。

关键字： LED 驱动电源 功率因数校正
[电源]

针对于LED照明驱动电源技术中的电磁干扰其中的三大硬件问题措施

在LED照明技术日益普及的今天，LED驱动电源的电磁干扰(EMI)问题成为了一个不可忽视的挑战。电磁干扰不仅会影响LED灯具的正常工作，还可能对周围电子设备造成不利影响，甚至引发系统故障。因此，采取有效的硬件措施来解决L...

关键字： LED照明技术 电磁干扰 驱动电源
[电源]

LED驱动电源的核心部分“开关管”和“变换器”设计技巧

开关电源具有效率高的特性,而且开关电源的变压器体积比串联稳压型电源的要小得多,电源电路比较整洁,整机重量也有所下降,所以,现在的LED驱动电源

关键字： LED 驱动电源 开关电源
[电源]

最全LED驱动电源及散热设计方案介绍

LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。

关键字： LED 隧道灯 驱动电源
关闭