Confiabilidade e modo de falha do MLCC (capacitores de chip)

Recentemente, tenho me preparado para fabricar um produto que utiliza exclusivamente capacitores MLCC em todos os aspectos. Ele integra um conversor buck integrado que os utiliza, e o MLCC também é usado para dissociação local.

Meus protótipos consistiram em técnicas "desonestas" de refluxo usando uma placa de aquecimento. Geralmente, 10% do tempo depois de fazer isso, encontro um MLCC em curto no painel, geralmente encontrado porque quando a energia é aplicada, a tampa irá fumar.

No entanto, no momento eu estava substituindo uma dessas tampas por um ferro de solda e, depois de substituí-lo, ele ainda estava em curto. Eu verifiquei que não havia outro curto-circuito na placa (porque, quando removidos, 3.3V mostravam alguns kohms de resistência.) Parece que a simples operação de soldar a tampa causou uma falha.

Também consertei recentemente um monitor LCD com um MLCC em curto na placa T-con e alguns outros usuários em um fórum popular relataram esse problema como surpreendentemente comum. Agora, nesse caso, um monitor fica quente ou quente, mas não tão perto quanto um ferro de solda - então por que eles podem estar falhando?

Estou planejando oferecer uma garantia de cinco anos ou mais para essas placas, mas só o posso fazer se tiver certeza de que a placa é capaz de sobreviver às condições normais.

As tampas são 0603 (100n, 10u 6,3V), 0805 (22u 6,3V) e 1206 (10u 35V). Todos são X5R ou X7R. Existem algumas tampas de 18pF para o cristal, mas nunca as vi falhar - suspeito que elas sejam uma tecnologia diferente da MLCC.

Alguns vendedores de bonés fazem suas próprias peças. Alguns compram bonés de uma manufatura menor com as bobinas remarcadas na fábrica. Cuidado. Entrei em uma investigação de falha de mlcc em 2002 e comecei a inspecionar as tampas de um rolo sob um microscópio. 3/10 saiu do carretel rachado. Uma rachadura, mais cedo ou mais tarde, levará a um curto. Rachaduras não são óbvias, mesmo sob um microscópio. Eles podem apresentar uma mudança sutil de cor se a rachadura estiver abaixo da camada superficial. Algumas rachaduras podem ser suficientes para apresentar um curto imediatamente. De jeito nenhum. O fabricante do fornecedor nesse caso acabou identificando uma tremonha na qual as tampas estavam rachando.

Os MLCC são muito sensíveis ao estresse mecânico. Especialmente maiores que 1210 tamanhos. Encontrei uma grande tampa de derivação adjacente a um conector mecânico pesado uma vez. O orifício de montagem mais próximo ficava a 2 "de distância! Eles estavam rachando a uma taxa de 5/10 durante a instalação da unidade. Uma fração deles estava pegando fogo. O fogo continuava queimando até derreter o cobre, interrompendo a conexão de energia.

Outro efeito de uma rachadura é uma redução da tensão máxima de trabalho da tampa. Pode ser especificado para 200 V. Mas, uma vez quebrado, pode quebrar em 40 V. Os bonés rachados explodem em chamas no meu laboratório quando testados - mesmo abaixo da tensão nominal.

Outra maneira de aquecer as tampas é exceder a corrente CA máxima. É fácil pensar em tampas como dispositivos de dissipação de energia zero. Especialmente o Q mlcc mais alto. Mas eles não são. Calcule a energia dissipada em caps e não exceda os limites de corrente de energia / CA. Aparece em circuitos de potência e conversores normalmente.

Os MLCCs falham por vários motivos, incluindo estresse mecânico (flexão da placa) e choque térmico. Eles são muito sensíveis ao processo de fabricação. Digite "modos de falha de capacitor de cerâmica" no Google e você encontrará todos os dados de que precisará.

Quanto ao problema de CRT que você descreveu, provavelmente os capacitores em questão estão sendo danificados latentemente durante a montagem, o que diminui prematuramente a vida útil, resultando em falhas iniciais no campo. O ambiente quente pode contribuir um pouco para a taxa de falhas, mas duvido que uma peça de tamanho e solda adequadamente falhe apenas por causa disso.

O retrabalho MLCC não deve ser feito com ferro de passar. Uma ferramenta de retrabalho a ar quente deve ser usada para aquecer uniformemente toda a peça, de modo que ela "reflua" em suas almofadas e remova-a com uma pinça ou outra ferramenta. A substituição é semelhante - aqueça uniformemente a peça nas almofadas para que reflita, depois remova o ar e deixe a solda solidificar. Excesso de calor com um ferro pode danificar a peça na remoção e na substituição. Acredito que o IPC exige retrabalho a quente para os MLCCs, já que meu atual e ex-empregador impuseram estritamente essa política sobre mercadorias embarcáveis.

Adotamos a prática de empilhar 2 MLCC em série e montá-los em ângulo reto para quaisquer tampas de desacoplamento que são alimentadas continuamente. Também os montamos em ângulos retos, de modo que a singulação enfatize que uma fresta da tampa não racha a outra. Como eles praticamente sempre falham, você fica com 1 das tampas ainda no circuito.

Os fabricantes de capacitores MLCC têm muitas informações sobre solda e montagem de prós e contras. A solda manual é um grande colaborador do mecanismo de falha (25 anos de fabricação por contrato). Quanto maior a tampa, 1206, 2512, 2225 etc., mais suscetível a choques térmicos e falhas. Se estiver soldando à mão, aqueça os componentes com placa quente para reduzir o Tshock. Muitas grandes empresas proíbem a soldagem manual de capacitores MLCC em seus produtos. O estresse mecânico, especialmente a despanelização com um cortador rotativo, cria muitos componentes ruins, LEDs e MLCCs. A orientação do projeto do comprimento da MLCC deve ser perpendicular ao potencial comprimento flexível da PCB. Mantenha-se afastado de possíveis pontos de tensão, como orifícios de montagem, conectores de E / S, etc. COMPRE componentes de qualidade. Se moedas de um centavo e níquel produzem ou quebram o produto,