一般的電容(capacitor)在發(fā)生微破裂(micro crack)的時候大多會產(chǎn)生開路的現(xiàn)象，并造成絕緣阻抗(IR, Insulation Resistance)升高的問移，可是多層陶瓷電容(MLCC)在使用者手上發(fā)生微破裂時，確常見其絕緣阻抗變小，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)在破裂時發(fā)生層與層之間短路的現(xiàn)象。

如果你對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急促時會形成熱沖擊現(xiàn)象，比如說在波峰焊(wave soldering)、迴流焊(reflow)、人工焊接(touch-up)、或修復(fù)(repair)時都會施加快速的高溫。這是因為在多層陶瓷電容制造時，會使用多種不同的相容材料，這些材料會因為其不同的特性，而有不同的熱膨脹系數(shù)及導(dǎo)熱率，當(dāng)這些不同的材料同時存在于電容的內(nèi)部且溫度急速變化時，就會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)生最大機械張力的地方（一般在晶體最堅硬的四個角落），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始破裂，然后隨著溫度轉(zhuǎn)變，或是于后面的組裝進行中，順著扭曲而蔓延開來。

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出來。

（注：「金相」(metallographic)指的是金屬在高倍顯微鏡下所呈現(xiàn)出來的結(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或是整機產(chǎn)品的組裝的過程中，其可能原因有下面幾種：

1. 貼片機(pick & place machine)抓取零件不當(dāng)造成破裂。當(dāng)SMT貼片機進行取放零件時，其定中爪(centering jaw)因為磨損、對位不淮確、或傾斜等原因造成。定中爪集中起來的壓力，會造成很大的壓力或切斷力，繼而形成破裂點。這樣的破裂現(xiàn)象一般為可見的表面裂縫，或2至3個電極間的內(nèi)部破裂；表面破裂一般會沿著最強的壓力線及陶瓷位移的方向。現(xiàn)在的新型SMT機器已經(jīng)不在使用這種定中爪設(shè)計機構(gòu)了。

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

3. 對應(yīng)的成對焊墊(land-pattern)布局(layout)時尺寸不均勻（包含一個焊墊接了大面積的銅箔,，另一個焊墊沒有），或是印刷時錫膏不對稱，也容易在經(jīng)過回流焊爐(Reflow oven)時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 電容在進行波峰焊時，預(yù)熱溫度、時間不足或焊接時溫度過高，也容易導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。

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

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

在機械力作用下板材彎曲變形時，陶瓷的活動范圍受端位及焊點限制，破裂就會形成在陶瓷的端接界面外處，這種破裂會從形成的位置開始，從45度角向端接蔓延開來。

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，一般無法由金相中檢測出來。SMT之后生產(chǎn)階段所導(dǎo)致的破裂扭曲失效，金相一定可以檢測出來。

 

MLCC材料失效破裂

MLCC的材料失效一般又分為三大類不良，這類失效通常來自電容內(nèi)部的失效，而且都足以損害產(chǎn)品可靠性 (reliability)，這類問題通常是起因于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)。

這類不良通常會形成較大的裂縫。其主要原因是因為陶瓷的高空隙，或介電質(zhì)層與相對電極間存在空隙所引起，使得電極間的電介質(zhì)層裂開，造成潛在的漏電危機。

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，有時候甚至?xí)蟮蕉嗥姌O，這類不良常常會引發(fā)電極間的短路并發(fā)生漏電流現(xiàn)象。當(dāng)大空隙產(chǎn)生時也可能影響并降低其電容值。

這類不良的原因通常來自MLCC的制程控管不當(dāng)，比如說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，有時候甚至?xí)蟮蕉嗥姌O，這類不良常常引發(fā)電極間的短路并發(fā)生漏電流現(xiàn)象。 MLCC孔洞。這類不良的原因通常來自MLCC的制程控管，比如說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)。

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

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

這類破裂的原因大多由于MLCC制造過程冷卻過快所造成。

 

結(jié)論：

由熱沖擊所造成的破裂會由電容的表面蔓延到組件內(nèi)部。而過大的機械張力所引起的破裂，則可由組件表面或內(nèi)部形成，這些破裂均會以近乎45度角的方向蔓延。至于原材料失效，則會帶來與內(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端接蔓延到零一個端接，由取放機器所造成的破裂，在端接下面會出現(xiàn)多個破裂點；因電路板扭曲而造成的損壞，通常只有一個破裂點。