一般的電容(capacitor)在發(fā)生微破裂(micro crack)的時(shí)候大多會(huì)產(chǎn)生開(kāi)路的現(xiàn)象，并造成絕緣阻抗(IR, Insulation Resistance)升高的問(wèn)移，可是多層陶瓷電容(MLCC)在使用者手上發(fā)生微破裂時(shí)，確常見(jiàn)其絕緣阻抗變小，產(chǎn)生漏電流(current leakage)的短路現(xiàn)象，歸咎其原因可能是由于其層狀的迭構(gòu)在破裂時(shí)發(fā)生層與層之間短路的現(xiàn)象。

如果你對(duì)MLCC的結(jié)構(gòu)還不是很清楚，建議你先參考前面已經(jīng)發(fā)表過(guò)介紹多層陶瓷電容(MLCC)結(jié)構(gòu)及制程的文章。

下面我們就來(lái)談?wù)勔话恪?strong>多層陶瓷電容」發(fā)生微破裂的可能原因。

大致上可以將MLCC破裂原因分成下列三大方向： 

?　熱沖擊破裂失效（Thermal shock）

?　扭曲破裂失效（Extrinsic Defect, Overstress Failure）

?　材料失效破裂（Intrinsic Defect）

 

熱沖擊(Thermal Shock)失效原理：

當(dāng)零件周遭的溫度升降太過(guò)急促時(shí)會(huì)形成熱沖擊現(xiàn)象，比如說(shuō)在波峰焊(wave soldering)、迴流焊(reflow)、人工焊接(touch-up)、或修復(fù)(repair)時(shí)都會(huì)施加快速的高溫。這是因?yàn)樵诙鄬犹沾呻娙葜圃鞎r(shí)，會(huì)使用多種不同的相容材料，這些材料會(huì)因?yàn)槠洳煌奶匦裕胁煌臒崤蛎浵禂?shù)及導(dǎo)熱率，當(dāng)這些不同的材料同時(shí)存在于電容的內(nèi)部且溫度急速變化時(shí)，就會(huì)形成不同比率的體積改變并互相推擠與拉扯，最后造成破裂的現(xiàn)象。

這種破裂往往從結(jié)構(gòu)最脆弱的地方，或是結(jié)構(gòu)應(yīng)力最集中的地方發(fā)生，一般會(huì)發(fā)生在接近外露端接合中央陶瓷介面的地方，或是可以產(chǎn)生最大機(jī)械張力的地方（一般在晶體最堅(jiān)硬的四個(gè)角落），而熱沖擊所造成的現(xiàn)象可能有下列幾種：

1. 形狀如指甲狀或U型的裂紋。

2. 隱藏在電容內(nèi)部的小裂紋。

3. 從裸露在外的中央部份或是中央陶瓷端與外露端接合介面處的下半部開(kāi)始破裂，然后隨著溫度轉(zhuǎn)變，或是于后面的組裝進(jìn)行中，順著扭曲而蔓延開(kāi)來(lái)。

第一種破裂形狀如指甲或U字型的裂紋和第二種隱藏在內(nèi)部的微裂紋，兩者的區(qū)別只是后者所受到的張力較小，而導(dǎo)致的裂紋較輕微而已，第一種裂紋較明顯，一般可以在金相中測(cè)出，而第二種只有當(dāng)發(fā)展到一定程度后金相才可以檢測(cè)出來(lái)。

（注：「金相」(metallographic)指的是金屬在高倍顯微鏡下所呈現(xiàn)出來(lái)的結(jié)構(gòu)影像）

 

扭曲破裂(overstress)的失效原理：

扭曲破裂通常是由于外力(extrinsic)所造成，這種情形一般發(fā)生在SMT或是整機(jī)產(chǎn)品的組裝的過(guò)程中，其可能原因有下面幾種：

1. 貼片機(jī)(pick & place machine)抓取零件不當(dāng)造成破裂。當(dāng)SMT貼片機(jī)進(jìn)行取放零件時(shí)，其定中爪(centering jaw)因?yàn)槟p、對(duì)位不淮確、或傾斜等原因造成。定中爪集中起來(lái)的壓力，會(huì)造成很大的壓力或切斷力，繼而形成破裂點(diǎn)。這樣的破裂現(xiàn)象一般為可見(jiàn)的表面裂縫，或2至3個(gè)電極間的內(nèi)部破裂；表面破裂一般會(huì)沿著最強(qiáng)的壓力線及陶瓷位移的方向?，F(xiàn)在的新型SMT機(jī)器已經(jīng)不在使用這種定中爪設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)了。

2. 電容在貼裝過(guò)程中，如果貼片機(jī)的吸嘴取零件或是擺放零件時(shí)壓力過(guò)大，就有可能發(fā)生零件彎曲變形導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。這種破裂一般會(huì)在零件的表面形成一個(gè)圓形或是半月形的壓痕，并且?guī)в胁粓A滑的邊緣。而這個(gè)半月形或圓形的裂縫直徑也會(huì)跟吸嘴的大小相同。另一種因?yàn)槔Χ斐傻钠屏?，也可能由吸嘴頭所造成的損壞，裂縫會(huì)由組件中央的一邊延展到另一邊，這些裂縫可能會(huì)蔓延到組件的另一面，其粗糙的裂痕可能會(huì)導(dǎo)致電容器的底部破損。

3. 對(duì)應(yīng)的成對(duì)焊墊(land-pattern)布局(layout)時(shí)尺寸不均勻（包含一個(gè)焊墊接了大面積的銅箔,，另一個(gè)焊墊沒(méi)有），或是印刷時(shí)錫膏不對(duì)稱(chēng)，也容易在經(jīng)過(guò)回流焊爐(Reflow oven)時(shí)受到不同的熱膨脹作用力，使單側(cè)受到較大的拉力或推力而舉起，以致造成裂紋。

4. 焊接過(guò)程的熱沖擊以及焊接后的基板彎曲變形，也容易導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

4.1 電容在進(jìn)行波峰焊時(shí)，預(yù)熱溫度、時(shí)間不足或焊接時(shí)溫度過(guò)高，也容易導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

4.2 在手工焊接(Touch-up)過(guò)程中，烙鐵頭(soldering iron)直接與電容本體接觸，造成局部過(guò)熱，或是施加壓力過(guò)大，也容易導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

4.3 焊接完成后經(jīng)過(guò)裁版或是整機(jī)組裝時(shí)彎曲基板，也容易導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

在機(jī)械力作用下板材彎曲變形時(shí)，陶瓷的活動(dòng)范圍受端位及焊點(diǎn)限制，破裂就會(huì)形成在陶瓷的端接界面外處，這種破裂會(huì)從形成的位置開(kāi)始，從45度角向端接蔓延開(kāi)來(lái)。

扭曲破裂失效。SMT階段導(dǎo)致的破裂失效中，如果破裂較輕微，一般無(wú)法由金相中檢測(cè)出來(lái)。SMT之后生產(chǎn)階段所導(dǎo)致的破裂扭曲失效，金相一定可以檢測(cè)出來(lái)。

 

MLCC材料失效破裂

MLCC的材料失效一般又分為三大類(lèi)不良，這類(lèi)失效通常來(lái)自電容內(nèi)部的失效，而且都足以損害產(chǎn)品可靠性 (reliability)，這類(lèi)問(wèn)題通常是起因于MLCC的制程或其材料選用不當(dāng)所引起。

1. 電極間失效及結(jié)合線破裂(Delamination)。

這類(lèi)不良通常會(huì)形成較大的裂縫。其主要原因是因?yàn)樘沾傻母呖障?，或介電質(zhì)層與相對(duì)電極間存在空隙所引起，使得電極間的電介質(zhì)層裂開(kāi)，造成潛在的漏電危機(jī)。

T8 MLCC電極間失效及結(jié)合線破裂。 MLCC電極間失效及結(jié)合線破裂。

2. 孔洞(Voiding)。

孔洞一般發(fā)生于相鄰的兩片內(nèi)電極之間，有時(shí)候甚至?xí)蟮蕉嗥姌O，這類(lèi)不良常常會(huì)引發(fā)電極間的短路并發(fā)生漏電流現(xiàn)象。當(dāng)大空隙產(chǎn)生時(shí)也可能影響并降低其電容值。

這類(lèi)不良的原因通常來(lái)自MLCC的制程控管不當(dāng)，比如說(shuō)陶瓷電容粉末有異物污染或是燒結(jié)不良所形成。

MLCC孔洞一般發(fā)生于相鄰的兩片內(nèi)電極之間，有時(shí)候甚至?xí)蟮蕉嗥姌O，這類(lèi)不良常常引發(fā)電極間的短路并發(fā)生漏電流現(xiàn)象。 MLCC孔洞。這類(lèi)不良的原因通常來(lái)自MLCC的制程控管，比如說(shuō)陶瓷電容粉末有異物污染或是燒結(jié)不良所形成。

3. 燃燒破裂(Firing crack)。

燃燒破裂的開(kāi)裂方向會(huì)與電極(electrodes)垂直，且大部分會(huì)從電極邊緣(electrode edge)或終端開(kāi)裂。

這類(lèi)缺陷通常都會(huì)造成過(guò)量的漏電流(current leakage)，并損害到組件的可靠性。

這類(lèi)破裂的原因大多由于MLCC制造過(guò)程冷卻過(guò)快所造成。

 

結(jié)論：

由熱沖擊所造成的破裂會(huì)由電容的表面蔓延到組件內(nèi)部。而過(guò)大的機(jī)械張力所引起的破裂，則可由組件表面或內(nèi)部形成，這些破裂均會(huì)以近乎45度角的方向蔓延。至于原材料失效，則會(huì)帶來(lái)與內(nèi)部電極垂直或平行的方向破裂。

另外，熱沖擊破裂一般由一個(gè)端接蔓延到零一個(gè)端接，由取放機(jī)器所造成的破裂，在端接下面會(huì)出現(xiàn)多個(gè)破裂點(diǎn)；因電路板扭曲而造成的損壞，通常只有一個(gè)破裂點(diǎn)。