【经验】多层陶瓷电容器（MLCC）常见失效模式之机械裂失效应对方法

时间： 2022-03-20 来源：宇阳

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在消费类电子中，经常会碰到电容短路失效的情况，下图为MLCC电容常见失效模式分布。

从图上可以看到，机械应力裂占比最高，本文就机械应力裂这个模式做分享。

导致电容失效的机械应力有很多种，但常见的主要是PCBA的弯曲、弯折及扭曲产生的应力及电容两焊端锡膏不一致对电容产生的应力。其受力机理如下：

图1 PCBA受力弯曲示意图

如图1，电容所在PCBA受到了来自背面的应力，应力的分布如上图的①②③④位置，其中位置③应力施加于电容端头，当此应力超过电容本体的抗弯折承受能力，此时电容本体端电极与内电极连接处会产生开裂，裂纹通常呈45°角向内延伸，详见图2。

图2 电容受力开裂模式

如图2，PCBA为背面受力时，电容在焊端受力点为靠近PCBA一端，此位置为裂纹始点，并沿与改点所在面成45°角向内延伸。

裂纹产生后，有几种可能：

（1）裂纹未延伸至内电极层，即裂纹只发生于外围的陶瓷保护层，其短期内对电容本体的电气性能影响不大，但已有风险；

（2）裂纹已延伸至内电极层，但仅是细微的裂纹，此时在裂纹产生初期对电容的电气性能影响不是很明显，但裂纹产生是不可修复的，其会随着施加的电压、流经的电流、周边的环境温度不断恶化，最终表现为绝缘电阻值急剧下降（即漏电流急剧上升），电路表现为短路失效；

（3）裂纹已延伸至内电极层，且裂纹很大，此时电容漏电大，容易在裂纹最脆弱位置产生电极击穿，由电极熔融产生的高温可能会把端电极部分烧毁。

下图为实物摄图：

预防应对措施：

图3 机械应力裂失效预防措施

由上图，电容在贴片时应注意几点：

（1）电容在PCBA布局设计时，应平行于分板边缘并远离分板边缘，同时应远离大插件或者大焊盘；

（2）贴装时，应在电容所在PCBA背面加上支柱，确保PCBA不产生过大的弯折；

（3）整机装配时，如打螺丝孔等工序时，应注意确保PCBA不产生过大的弯折。

下图为电容在PCBA的布局建议：

机械应力根据电容器在PCB上的位置不同而变化。施加在电容器上的应力大小如下： A>B=C>D>E

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