PCB設(shè)計(jì)忽略這一點(diǎn)？小心電容集體“罷工”！

發(fā)布時(shí)間： 2025-04-02 00:00

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某產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)老化測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)待機(jī)工作電流異常增大。經(jīng)詳細(xì)分析，確定問(wèn)題源于C6電容（C6電容指電路板上特定位置或功能的電容器）出現(xiàn)異常。為了全面而深入地探究C6電容失效的根本原因，我們采用了一系列專業(yè)且系統(tǒng)的檢測(cè)手段來(lái)開展失效分析工作。

1.外觀檢查&X-ray透視

失效電容電容表面未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋、破損等異常現(xiàn)象，排除電容受到外力撞擊等因素導(dǎo)致的失效。使用X-ray對(duì)失效電容進(jìn)行透視檢察，未發(fā)現(xiàn)明顯結(jié)構(gòu)異常。

2.電參數(shù)測(cè)試

失效電容阻值均小于2kΩ，遠(yuǎn)小于未使用電容阻值，說(shuō)明失效電容存在明顯漏電現(xiàn)象，測(cè)試結(jié)果表1所示。

3.Thermal EMMI熱點(diǎn)定位

發(fā)現(xiàn)失效電容內(nèi)部均存在明顯的異常亮點(diǎn)，亮點(diǎn)主要集中在靠近電容端電極一側(cè)。

4.切片分析

（1）NG1電容在熱點(diǎn)定位顯現(xiàn)異常亮點(diǎn)的位置有明顯裂紋。進(jìn)一步研磨至內(nèi)電極顯露，發(fā)現(xiàn)裂紋穿過(guò)內(nèi)電極交叉區(qū)域，導(dǎo)致內(nèi)電極上下層之間出現(xiàn)短路或低阻通道。對(duì)比不同位置切片形貌，隨著逐步研磨至電容內(nèi)部，裂紋逐漸變小，說(shuō)明裂紋擴(kuò)展起源點(diǎn)應(yīng)靠近電容外部。此外，微觀形貌觀察裂紋較細(xì)，且未見熔融燒毀現(xiàn)象，推測(cè)應(yīng)屬于機(jī)械應(yīng)力裂紋。

（2）NG2、NG3均在電容底部一側(cè)發(fā)現(xiàn)有裂紋，并延伸至內(nèi)電極區(qū)域?qū)е码娙輰娱g漏電短路，位置與熱點(diǎn)定位出現(xiàn)異常亮點(diǎn)對(duì)應(yīng)。裂紋起源于底面端電極，其角度與底面角度接近45°，屬于典型的機(jī)械應(yīng)力裂紋形貌。

5.物料驗(yàn)證

按照規(guī)格書進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)后電容外觀與電性進(jìn)行確認(rèn)，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。對(duì)#1、#2電容進(jìn)行切片分析，均未發(fā)現(xiàn)有明顯裂紋、介質(zhì)層空洞等缺陷。因此，該物料可滿足其規(guī)格書要求。

6.模擬實(shí)驗(yàn)

為確認(rèn)失效電容內(nèi)部裂紋是否屬于機(jī)械應(yīng)力裂紋，對(duì)#3、#4電容繼續(xù)進(jìn)行三點(diǎn)彎曲模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)后對(duì)電容進(jìn)行切片分析。

切片結(jié)果顯示：基板彎曲量為4mm時(shí)，#3、#4電容內(nèi)部均出現(xiàn)明顯的裂紋，其位置起源于端電極位置并與焊接面呈45°，與失效電容內(nèi)部裂紋形貌特征基本一致。因此推斷失效電容受到了較大的外部應(yīng)力，進(jìn)而在內(nèi)部出現(xiàn)裂紋。

7.分析與總結(jié)

分析：電容內(nèi)部出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力裂紋的原因?yàn)椋河捎陔娙荽审w是由硬而脆的陶瓷材料制成，這種材料對(duì)單板變形產(chǎn)生的應(yīng)力比較敏感。當(dāng)電容受到額外的應(yīng)力作用時(shí)，裂紋會(huì)在應(yīng)力集中點(diǎn)產(chǎn)生，如圖15所示，如果器件受到向上的應(yīng)力，底部焊端和焊料的交接處為應(yīng)力集中點(diǎn)，這個(gè)位置就成為薄弱環(huán)節(jié)，容易產(chǎn)生與焊端呈45°或“Y”字型的裂紋，反之亦然。