一文講解多層陶瓷電容器裝聯(lián)工藝

多層陶瓷電容器（MLCC）是微波組件或模塊中常用元件。由于組件或模塊的體積較小，數(shù)量小、品種多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元器件的裝聯(lián)不適用鋼版印刷涂膠、自動貼片等工藝，多采用手工電烙鐵焊接方式進(jìn)行裝聯(lián)。然而，經(jīng)手工電烙鐵焊接裝聯(lián)后的MLCC，在后續(xù)的測試調(diào)試、環(huán)境適應(yīng)性試驗中，經(jīng)常出現(xiàn)因熱損傷產(chǎn)生的裂紋，嚴(yán)重的可導(dǎo)致產(chǎn)品失效。接下來，小編將接著《微波組件中多層陶瓷電容器裝聯(lián)工藝研究》一文中的內(nèi)容繼續(xù)講解分析。

2）DPA分析

按試驗組編號，將安裝有MLCC的PCBA按照DPA樣品制作程序進(jìn)行研磨、顯微檢驗取樣，本文采用DZ-3型體視顯微鏡觀察陶瓷電容器研磨界面結(jié)構(gòu)，研磨過程中如發(fā)現(xiàn)PCBA上電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常，即對研磨界面進(jìn)行攝片。

研磨解剖結(jié)果顯示，共有12只電容器內(nèi)部發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷。其中，PCBA上a3位置電容器存在裂紋缺陷的比例為：A1組為20%、A2組為10%、A3/A4組為0；PCBA上b2/b3位置電容器存在裂紋缺陷的比例為：B1組為30%、B2組為20%、B3/B4組為0。MLCCDPA分析統(tǒng)計結(jié)果見表1。

從試驗中分析，幾乎所有裂紋缺陷都出現(xiàn)在MLCC的電極附近。

4、陶瓷電容器DPA結(jié)果分析

1）MLCC焊接熱應(yīng)力

MLCC是由陶瓷介質(zhì)、金屬內(nèi)電極、端電極3部分組成，陶瓷介質(zhì)和金屬內(nèi)電極交錯形成疊層結(jié)構(gòu)。不同材料的物理性質(zhì)各不相同，特別是無機(jī)非金屬和金屬材料之間差異更大。在MLCC裝聯(lián)焊接中，材料的熱膨脹系數(shù)和焊接熱的傳導(dǎo)對焊接可靠性影響很大，陶瓷介質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)約為7×10-6/℃、熱導(dǎo)率為5W/（m·K），而電極和焊接材料的熱膨脹系數(shù)為16×10-6～23×10-6/℃，熱導(dǎo)率為35～50W/（m·K）。因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)的溫度變化時，其內(nèi)部將產(chǎn)生熱不匹配，并產(chǎn)生熱應(yīng)力，在足夠大的交變熱應(yīng)力作用下，MLCC易發(fā)生熱疲勞失效、電容器內(nèi)部出現(xiàn)裂紋以及多層結(jié)構(gòu)內(nèi)部脫落失效。

表1MLCCDPA分析統(tǒng)計結(jié)果

另一方面，手工焊接過程中，PCB的焊盤在高溫烙鐵頭的作用下，局部受熱、膨脹，冷卻后收縮使MLCC處于應(yīng)力裝聯(lián)狀態(tài)。在后續(xù)的溫度循環(huán)試驗或裝配應(yīng)力作用下，應(yīng)力釋放，造成MLCC損傷。

2）分組試驗結(jié)果對比

對試樣MLCC外觀目視檢驗和DPA解剖分析結(jié)果，采用焊接方法3、4分組中所有電容器未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)和外形熱應(yīng)力損傷，說明回流焊工藝進(jìn)行焊接，由于焊接過程中回流曲線設(shè)置了預(yù)熱區(qū)，MLCC由室溫較緩慢的升至焊接溫度，溫度變化梯度小，溫度場較均勻，這樣的焊接條件能有效減小電容器在電裝過程中受到的綜合應(yīng)力的影響，最大程度保障電容器在電裝環(huán)節(jié)的可靠性。

由于手工烙鐵焊接，難以避免烙鐵頭觸碰MLCC的端電極，且焊料量不易控制，PCB焊盤局部受熱產(chǎn)生形變，這些原因造成MLCC內(nèi)部熱場分布瞬間突變，在強(qiáng)烈的溫度沖擊下產(chǎn)生熱應(yīng)力，使得MLCC形成應(yīng)力安裝，是MLCC焊接失效的主要因素。

5、結(jié)論

綜上所述，陶瓷電容器采用手工焊接方式下進(jìn)行裝聯(lián)時，出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)裂紋、電極損傷，主要原因是：MLCC端頭電極溫度的溫度急劇變化，其內(nèi)部產(chǎn)生熱不匹配，并產(chǎn)生熱應(yīng)力，PCB焊盤局部受熱產(chǎn)生形變，在足夠大的交變熱應(yīng)力作用下，MLCC易發(fā)生熱疲勞失效、電容器內(nèi)部出現(xiàn)裂紋以及多層結(jié)構(gòu)內(nèi)部脫落失效。

通過分組焊接對比試驗表明，在smt貼片打樣或加工生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的MLCC手工焊接方式，易產(chǎn)生陶瓷電容器的結(jié)構(gòu)性損傷，在微波模塊或組件使用中，成為MLCC可靠性下降的主要原因；在微波模塊或組件中，MLCC裝聯(lián)焊接不適合選用回流焊接工藝時，應(yīng)當(dāng)將電容器預(yù)先采用紅膠固定，在適當(dāng)預(yù)熱條件下用恒溫智能烙鐵焊接，且烙鐵頭不能觸及MLCC端頭電極，烙鐵頭溫度不應(yīng)超過260℃，焊接時間為2～3s。

外觀檢查和DPA解剖分析結(jié)果中，回流焊接試驗組中全部電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)均未見異常，說明采用smt回流焊工藝進(jìn)行焊接，能有效減小陶瓷電容器在裝聯(lián)焊接過程中受到的綜合應(yīng)力的影響，最大程度保障陶瓷電容器在電裝環(huán)節(jié)的可靠性。

編輯：hfy