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如何防止貼片電容器的彎曲裂紋?

更新時(shí)間:2020-07-25 10:55:51 點(diǎn)擊次數(shù):3130次
tag標(biāo)簽: 貼片電容 彎曲裂紋

今天的主題是電子設(shè)備中不可缺少的電子元器件 - 多層陶瓷電容器(以下簡稱貼片電容)。這里主要介紹一下該貼片電容器常常會(huì)出現(xiàn)的"扭曲裂紋"現(xiàn)象。
正確使用貼片電容的話完全不會(huì)產(chǎn)生裂紋(裂縫)。但是由于這種貼片電容與碗和器皿一樣都是陶瓷燒制成的,如果施加過大的機(jī)械力/就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋(裂縫)。
因此這里我來為大家講述扭曲裂紋的產(chǎn)生原理以及防止扭曲裂紋產(chǎn)生的方法。

1. 什么是扭曲裂紋?

首先我們來看一下圖1中貼片電容器扭曲裂紋的形態(tài)。扭曲裂紋是指因扭曲而產(chǎn)生的相關(guān)裂紋(裂縫)。扭曲裂紋從貼片外表看很難被發(fā)現(xiàn)。因此我們把貼片電容如下圖一樣切開,來觀察貼片電容截面的圖像。
從中我們可以發(fā)現(xiàn)扭曲裂紋的特征是從外部電極的一端向?qū)蔷€方向產(chǎn)生了裂紋。
貼片電容裂痕

<圖1> 裂紋的代表性實(shí)例

2. 扭曲裂紋的產(chǎn)生原理

為什么會(huì)產(chǎn)生扭曲裂紋呢?這是由于貼片是焊接在電路板上的。對電路板施加過大的機(jī)械力、使得電路板彎曲或老化/從而產(chǎn)生了扭曲裂紋。

將電路板翻轉(zhuǎn)過來/就會(huì)看到下列情況。
如圖2所示電路板上面被拉伸,下面被收縮。由于上面的拉伸/銅焊盤就會(huì)向左右移動(dòng)。

貼片電容變形
<圖2 電路板變形及應(yīng)力圖>


隨著焊盤的移動(dòng)/焊錫也會(huì)移動(dòng)或產(chǎn)生變形。焊錫變形后,貼片電容的外部電極就會(huì)移動(dòng)和變形,拉伸應(yīng)力就會(huì)集中在貼片電容的外部電極的一端。當(dāng)該拉伸應(yīng)力大于貼片電容電介質(zhì)的強(qiáng)度時(shí),就會(huì)出現(xiàn)裂紋。
貼片電容

<圖3 扭曲裂紋產(chǎn)生的原理>


3. 扭曲裂紋產(chǎn)生的影響

扭曲裂紋從下面的外部電極的一端延伸到上面的外部電極的話/容量就會(huì)下降,使得電路呈現(xiàn)出開路狀態(tài)(開放)。因此即使裂紋不是十分嚴(yán)重,如果到達(dá)貼片電容內(nèi)部電極,焊劑中的有機(jī)酸和濕氣會(huì)通過裂紋的縫隙侵入/導(dǎo)致絕緣電阻性能降低。另外電壓負(fù)荷會(huì)變高,電流的流量過大時(shí),最糟糕的情況會(huì)導(dǎo)致短路。
一旦出現(xiàn)了扭曲裂紋/是很難從外面將其去除的,因此為了防止裂紋的產(chǎn)生/應(yīng)當(dāng)控制不要施加過大的機(jī)械力。

4. 什么是扭曲量?

為了避免扭曲裂紋的產(chǎn)生,最好不要在生產(chǎn)產(chǎn)品的現(xiàn)場施加過大的機(jī)械力。那么有什么方法可以使得過度施加的機(jī)械力變得可視化?其中一種有效的方法就是測量扭曲量。下面先來介紹一下什么是扭曲量。
扭曲是指在物體上施加負(fù)重時(shí)單位長度的變化量。

此時(shí)的拉伸比率就是扭曲量。

ε=ΔL/L    ε:扭曲量;L:施加力之前的長度;ΔL:變形長度

例如1000mm的棒經(jīng)過左右拉伸后/變成1001mm時(shí),1mm/1000mm=0.001ST=1000μST。

5. 如何防止扭曲裂紋的產(chǎn)生?

為了防止扭曲裂紋的產(chǎn)生,我們需要從電路板設(shè)計(jì)和工序管理這兩方面采取相應(yīng)的對策。首先介紹一下工序管理方面的對策。先測量一下之前介紹過的扭曲量,然后在工序中進(jìn)行扭曲量的管理。我們來設(shè)置一下標(biāo)準(zhǔn)扭曲量。如果設(shè)置值過小,則需要嚴(yán)格管理。如果設(shè)置值過大/則會(huì)產(chǎn)生扭曲裂紋。一般的設(shè)置值是:生產(chǎn)關(guān)乎生命安全產(chǎn)品的客戶多以500μST為標(biāo)準(zhǔn),生產(chǎn)普通消費(fèi)產(chǎn)品的客戶多以1000μST為標(biāo)準(zhǔn)。即使是扭曲程度相同的電路板/元器件的應(yīng)力會(huì)因使用的電路板類型和厚度的不同而不同,因此客戶應(yīng)該按照經(jīng)驗(yàn)判斷制定的標(biāo)準(zhǔn)。

下面測量各個(gè)工序中的扭曲量(本公司通過過去調(diào)查的項(xiàng)目總結(jié)出了哪些作業(yè)工序會(huì)產(chǎn)生扭曲裂紋。最重要的是管理工序)。
貼片電容
表1 安裝作業(yè)及扭曲裂紋產(chǎn)生的可能性
<表1 安裝作業(yè)及扭曲裂紋產(chǎn)生的可能性>
關(guān)于超過設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的工序,可通過改良設(shè)備、改善作業(yè)等來控制扭曲量。

接下來介紹一下設(shè)計(jì)方面的主要預(yù)防措施。


1.電路板端、螺絲孔、連接器的距離
(例如設(shè)置10mm以上等等合理的距離。)

2.配置
(一般來講,分割線非常好設(shè)置成平行。像電路板角以及L字型的電路板中彎折的部分等等
容易集中應(yīng)力的地方非常好不要配置貼片。)

3.分割線的選擇
(設(shè)置成線比穿孔要好)

4.焊盤的寬度
(C的尺寸非常好小于貼片的W(寬度))

貼片電容
<圖4 焊盤尺寸>
5.配置設(shè)計(jì)模式
(為防止印刷電路板因回流而變形,最好設(shè)計(jì)成銅箔模式)

6.采用樹脂外部電極產(chǎn)品
(考慮到扭曲較大的時(shí)候/可以采用樹脂外部電極產(chǎn)品。)
以上等等。

長期以來我司一直致力于國內(nèi)外測量扭曲量以及電路板設(shè)計(jì)方面的服務(wù),積累了許多解決扭曲裂紋相關(guān)的訣竅。
今后我們將繼續(xù)致力于為客戶排除困擾。

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