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MLCC电容设计遇挑战?Fail-safe贴片助你解决难题

作者:wellti    来源:未知    发布时间:2021-01-11 14:19    浏览量:
1. 贴片MLCC电容简单介绍
 
MLCC(Multi-layer CeramicCapacitors)是片式多层陶瓷电容器英文缩写。是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片,再在芯片的两端封上金属层(外电极),从而形成一个类似独石的结构体,故也叫独石电容器。
 
由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片,再在芯片的两端封上金属层(外电极),以实现所需的电容值及其他参数特性。
 

 

 
 
陶瓷电容体积小,耐热性好,损耗小,绝缘电阻高,但容量较小,适用于高频电路。在大功率、高压领域使用的贴片陶瓷电容,要求具有小型、高耐压和频率特性好等特点。随着材料、电极和制造技术的进步,高压陶瓷电容器的发展有长足的进展,并取得广泛应用。据电子之家了解,贴片陶瓷电容已成为大功率高压电子产品不可缺少的元件之一。
 

 

2. 贴片MLCC电容失效分析
 

 

多层陶瓷电容器(MLCC)本身的内在可靠性十分优良,可长时间稳定使用,但是同时它也会存在使他出现问题的内在或者外在因素,内在因素只要是生产制造过程中器件本身存在的一些质量问题,外在因素包括热应力或者机械应力造成MLCC电容开裂,从而失效。作为一名汽车电子工程师,在车载PCB电路板的设计中,经常会用到防止失效发生MLCC滤波电容,而且随着业界对车载电子元器件的可靠性重视程度越来越高,因此我也在这里主要介绍一下外在因素导致MLCC失效的详细情况:
 

 

热应力裂纹
 
 
实际使用中各种温度冲击往往容易产生热应力,热应力产生的裂纹主要分布区域为陶瓷靠近端电极的两侧,常见的表现形式为贯穿瓷体的裂纹,有的裂纹与内电极呈现90°。需要强调的是,这些裂纹产生后,不一定在现场就表现出实效,大多数是在使用一段时间后,水汽或离子进入裂纹内部,致使电容的绝缘电阻降低而导致电容失效。
 
机械应力裂纹
 
 
多层陶瓷电容器(MLCC)的特点是能够承受较大的压应力,但抵抗弯曲能力比较差。器件组装过程中任何可能产生弯曲变形的操作都可能导致器件开裂。常见的应力源有:工艺过程电路板流转操作;流转过程中的人、设备、重力等因素;元件接插操作;电路测试;单板分割;电路板安装;电路板定位铆接;螺丝安装等。该裂纹一般源于器件上下金属化端子,沿45°向器件内部扩展。如下图所示:
 
 
 
一旦产生裂纹之后,MLCC电容将会发生容量减小,或者短路的情况,造成电容失去它原有的作用。

 

3. 应对MLCC失效短路Fail-safe的方案

 

业界对车载电子可靠性的重视程度的逐渐提升,市面上越来越多的零部件都打出了高安全的广告。大家经常使用的MLCC也不例外,出现了不少自称高安全性的MLCC,比如“ Flexiterm MLCC”,“Open-mode MLCC”,“Fail-open MLCC”。这些电容的出现都是为了防止电容出现短路情况,下面进行简单介绍:

 

Flexiterm MLCC
 
Flexiterm MLCC电容在电容的两端加入了一些软性物质,在一定程度上能够吸收应力,防止开裂。代表性的产品未AVX厂家的电容,如下图所示:
 
 
极板悬浮设计电容

 

这种电容内部电极采用 cascade设计(不同的人可能会有不同的叫法),相当于里面两个电容串联的效果。当然由于一个本体内容值较正常MLCC容值减少一半,一般采用这种技术的都是小容量的电容。这样异能有效的防止电容在受到外力发生时产生短路。
 

 

Open-mode MLCC电容

 

利用相邻电极之间错开空间从而达到crack后开路的效果,不会造成短路情况出现。
 
 
4.总结
 
Fail-safeMLCC在价格方面肯定要比一般标准的MLCC电容价格高很多,所以在应用时,具体情况还需要具体分析,是否采用这种MLCC电容还需要仔细斟酌。以上就是对Fail-safe MLCC几种形式的简单介绍,随着科技的发展进步,相信会以后肯定会有更好的解决方案,各个领域竞争都很激烈,元器件的成本也会不断的降低。我们的产品也会因这些可靠性更高的元器件而变得更可靠。

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