Modo de confiabilidad y falla de MLCC (condensadores de chip)

Recientemente me he estado preparando para fabricar un producto que utiliza exclusivamente condensadores MLCC en todos los ámbitos. Integra un convertidor de dinero a bordo que los usa, y MLCC también se usan para el desacoplamiento local.

Mis prototipos han consistido en técnicas de reflujo "poco fiables" utilizando una placa calefactora. En general, el 10% del tiempo después de hacer esto, encuentro un MLCC en corto en el tablero, generalmente encontrado porque cuando se aplica la energía, la tapa se humeará.

Sin embargo, justo ahora estaba reemplazando una de estas tapas con un soldador y después de haberla reemplazado, todavía estaba en corto. Verifiqué que no había otro cortocircuito en el tablero (porque cuando se quitó 3.3V mostró algunos kohms de resistencia). Parece que la simple operación de soldar la tapa ha causado que falle.

También reparé recientemente un monitor LCD que tenía un MLCC en corto en la placa T-con y algunos otros usuarios en un foro popular han informado que este problema es sorprendentemente común. Ahora, en este caso, un monitor se calienta o calienta, pero no tan cerca como un soldador, entonces, ¿por qué podrían fallar?

Estoy planeando ofrecer una garantía de cinco años o más en estas placas, pero solo puedo hacerlo si estoy seguro de que la placa es capaz de sobrevivir en condiciones normales.

Las tapas son 0603 (100n, 10u 6.3V), 0805 (22u 6.3V) y 1206 (10u 35V). Todos son X5R o X7R. Hay algunas tapas de 18pF para el cristal, pero nunca he visto fallarlas; sospecho que son una tecnología diferente a MLCC.

Algunos vendedores de tapas hacen sus propias partes. Algunos compran gorras de una fabricación más pequeña con los carretes renombrados en la fábrica. Cuidado. Me metí en una investigación de falla de mlcc en 2002 y comencé a inspeccionar las tapas en un carrete bajo un microscopio. 3/10 salió del carrete agrietado. Una grieta tarde o temprano conducirá a un corto. Las grietas no son obvias incluso bajo un microscopio. Pueden presentarse como un cambio de color sutil si la grieta está debajo de la capa superficial. Algunas grietas pueden ser suficientes para presentar un corto de inmediato. No todo. El fabricante del vendedor en este caso finalmente identificó una tolva donde las tapas se estaban agrietando.

Los MLCC son muy sensibles al estrés mecánico. Especialmente más grande que 1210 tamaños. Encontré una gran tapa de derivación de potencia adyacente a un conector mecánico pesado una vez. ¡El orificio de montaje más cercano estaba a 2 "de distancia! Se estaban agrietando a una velocidad de 5/10 durante la instalación de la unidad. Una fracción de ellos se estaba incendiando. El fuego continuaría ardiendo hasta que derritiera el cobre, rompiendo la conexión de alimentación.

Otro efecto de una grieta es una reducción del voltaje de trabajo máximo de la tapa. Podría especificarse para 200 V. Pero una vez agrietada, puede romperse a 40 V. Las tapas agrietadas estallan en llamas en mi laboratorio cuando se prueban, incluso por debajo de su voltaje nominal.

Otra forma de calentar las tapas es exceder su corriente alterna máxima. Es fácil pensar en las tapas como dispositivos de disipación de energía cero. Especialmente el mayor Q mlcc. Pero no lo son. Calcule la potencia disipada en mayúsculas y no exceda los límites de potencia / corriente alterna. Aparece en circuitos de potencia y convertidores comúnmente.

Los MLCC fallan por una variedad de razones, que incluyen tensión mecánica (flexión de la placa) y choque térmico. Son muy sensibles al proceso de fabricación. Escriba "modos de falla del condensador de cerámica" en Google y encontrará todos los datos que necesitará.

En cuanto al problema de CRT que describió, lo más probable es que los condensadores en cuestión se dañen de forma latente durante el ensamblaje, lo que acorta prematuramente su vida y conduce a fallas de campo tempranas. El ambiente cálido puede contribuir un poco a la tasa de fallas, pero dudo que una parte del tamaño adecuado y soldada correctamente falle únicamente por esto.

El reprocesamiento de MLCC no debe hacerse con una plancha. Se debe usar una herramienta de retrabajo de aire caliente para calentar uniformemente toda la parte de modo que se 'refluya' en sus almohadillas, luego retírela con pinzas o alguna otra herramienta. El reemplazo es similar: caliente uniformemente la pieza en las almohadillas para que se refluya, luego elimine el aire y deje que la soldadura se solidifique. Demasiado calor con una plancha puede dañar la pieza tanto al retirarla como al reemplazarla. Creo que el IPC exige la reelaboración de aire caliente para los MLCC, ya que tanto mi empleador actual como el anterior aplicaron estrictamente esta política sobre bienes embarcables.

Hemos adoptado la práctica de apilar 2 MLCC en serie y montarlos en ángulo recto para cualquier tapa de desacoplamiento que se alimente continuamente. También los montamos en ángulos rectos para que la singularidad haga hincapié en que romper una tapa no romperá la otra. Como prácticamente siempre fallan, te quedan 1 de las tapas en el circuito.

Los fabricantes de condensadores MLCC tienen mucha información sobre qué hacer y qué no hacer en la soldadura y el montaje. La soldadura manual es un gran contribuyente del mecanismo de falla (25 años de fabricación por contrato). Cuanto más grande sea la tapa, 1206, 2512, 2225, etc., más susceptible al choque térmico y a fallas. Si suelda a mano, caliente los componentes con placa caliente para reducir el Tshock. Muchas grandes corporaciones prohíben la soldadura manual de condensadores MLCC en sus productos. La tensión mecánica, especialmente la despanelización con un cortador giratorio crea muchos componentes defectuosos, LED y MLCC. La orientación de diseño de la longitud de MLCC debe ser perpendicular a la longitud de flexión potencial de PCB. Manténgase alejado de posibles puntos de tensión, es decir, agujeros de montaje, conectores de E / S, etc. COMPRE componentes de calidad. Si centavos y monedas de cinco centavos hacen o rompen el producto,