彎曲裂紋的機(jī)理講解

前面談了電源電路中的特性話題，此次談一下安裝相關(guān)的話題。由于疊層陶瓷電容器是表面貼裝元件，和其他的表面貼裝元器件相同，存在一些安裝相關(guān)的課題。代表性的課題是彎曲裂紋與嘯叫。

－那么，從彎曲裂紋開始提問。表面貼裝中典型的課題是PCB板的應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋吧？

這不僅限于疊層陶瓷電容器，眾所周知，當(dāng)PCB板產(chǎn)生撓曲時(shí)，對表面貼裝元器件施加應(yīng)力，造成焊接部的劣化和剝落、元器件中產(chǎn)生裂紋等器械性的劣化和損傷。當(dāng)然，疊層陶瓷電容器也同樣存在這種被稱作“彎曲裂紋”的課題。

－作為元器件制造商是不是想說“請不要使PCB板彎曲”。

那是無法回避的重要注意事項(xiàng)，因此元器件方準(zhǔn)備了提高了耐應(yīng)力性能的產(chǎn)品類型。有兩種類型，第一種是“樹脂外部電極型”，第二種是“金屬框架型”。

－也就是說元器件方有應(yīng)對方法。

首先，簡單了解一下彎曲裂紋的機(jī)理。如下圖所示，安裝在PCB板的表面貼裝型疊層陶瓷電容器在PCB板撓曲時(shí)，受到應(yīng)力。特別是對表示應(yīng)力分布的圖片的紅色圓圈所圈定的部分、即下方的電極邊界附近施加了最大應(yīng)力，如黃色虛線所示，朝圓角上方產(chǎn)生裂紋。

作為第一個(gè)應(yīng)對類型而列出的“樹脂外部電極型”是如右圖所示的在Ni的外部電極與焊料（Ni/Sn）鍍層之間形成導(dǎo)電性樹脂層來緩解機(jī)械性應(yīng)力的結(jié)構(gòu)。此外，不僅有助于改善來自PCB板的彎曲應(yīng)力，對熱循環(huán)所導(dǎo)致的內(nèi)部裂紋和焊料劣化也有改善效果。另外，還具有對于環(huán)境條件的耐濕性更高、提高安裝焊接時(shí)的耐熱沖擊性、改善焊料卷邊、平坦性等等優(yōu)點(diǎn)。

－具體可以得到多大的改善？

請看彎曲裂紋與熱循環(huán)的相關(guān)數(shù)據(jù)。首先，關(guān)于彎曲耐性，將對于撓曲量的殘存率、即不發(fā)生裂紋的比率繪制為圖表。標(biāo)準(zhǔn)品是從不到3mm左右的撓曲量時(shí)開始產(chǎn)生裂紋，4mm時(shí)約一半產(chǎn)生裂紋，而樹脂外部電極產(chǎn)品即使6mm的撓曲量也沒有產(chǎn)生裂紋。另外，右側(cè)圖片是試驗(yàn)后試料的橫截面照片。發(fā)生故障的標(biāo)準(zhǔn)電極產(chǎn)品，如前面用圖形說明的那樣，在施加最大應(yīng)力的部分發(fā)生裂紋。

其次，關(guān)于熱循環(huán)試驗(yàn)的焊料劣化，下圖是測量固定強(qiáng)度變化的結(jié)果。如圖所示，可以看到相比標(biāo)準(zhǔn)電極產(chǎn)品的劣化程度，樹脂外部電極產(chǎn)品大幅度改善。焊料劣化是由PCB板與疊層陶瓷電容器的線膨脹系數(shù)不同所引起的，焊料產(chǎn)生裂紋，最終有可能從PCB板剝落。

－從感性上明白了導(dǎo)電性樹脂可緩解應(yīng)力，是效果相當(dāng)不錯(cuò)的產(chǎn)品。另外，使用時(shí)有什么要注意的嗎？

這是給出的結(jié)果僅是我們公司的MLCC的試驗(yàn)結(jié)果。耐性等因制造商而異，所以有必要向各制造商仔細(xì)確認(rèn)產(chǎn)品特性。實(shí)際上,各電容器制造商所使用的導(dǎo)電性樹脂材料各異，比如樹脂的彈性和粘合強(qiáng)度等有差異。理所當(dāng)然，材料的不同表現(xiàn)為相應(yīng)的不同特性，所以不能一概而論說“樹脂外部電極產(chǎn)品效果好”。

－接下來請介紹一下另一種類型“金屬框架型”。

“金屬框架型”在很早以前就有，所以知道人比較多。MLCC的電極上附有金屬框架，如圖所示，金屬框架吸收來自PCB板的應(yīng)力，使施加在電容器上的應(yīng)力變得相當(dāng)小。當(dāng)然，效果比樹脂外部電極更大。請看1206與0805的彎曲試驗(yàn)結(jié)果。

該測量數(shù)據(jù)由于在試驗(yàn)中當(dāng)給了最大撓曲量10mm時(shí)沒有發(fā)生故障，所以在粉色的測量極限線上粘貼了藍(lán)線來表示。雖然是枯燥的數(shù)據(jù)，但可以理解其彎曲耐性高。此外，作為與其他電極產(chǎn)品的區(qū)別，圖中給出了各種產(chǎn)品的保證值。標(biāo)準(zhǔn)品的撓曲量保證值是1mm，之前介紹過的樹脂外部電極型是3mm，而金屬框架型可以保證到5mm。

－標(biāo)準(zhǔn)型、樹脂外部電極型、金屬框架型的使用區(qū)分上該如何界定比較好？

MLCC給出了撓曲量的保證值，但PCB板的撓曲量很難定量化。因?yàn)樯婕癙CB板的厚度、尺寸、元器件的安裝位置、PCB板的安裝方法等諸多因素，因此在試制階段對彎曲裂紋和焊接劣化進(jìn)行評估，如果用樹脂外部電極型還未能解決問題，可考慮變更為金屬框架型的方法。

審核編輯：湯梓紅