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PCB应变过大导致电容失效分析,学习操作应变测试

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发表于 2022-10-14 11:08 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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本帖最后由 zxshunine 于 2022-10-14 11:09 编辑 5 ?! p7 U! E; n+ C% r$ t+ y, k6 |* {

4 F, m; Z2 v& _& w7 k7 y应变测试可以量化零件所在位置的应变,而根据这个量化的应变来判断零件破裂的风险,从而为改善措施提供方向。
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MLCC:多层陶瓷电容器 。
6 B; P5 n, Q1 w' {' r5 p1 y
, D( ~. \6 b3 P) S" Y) \
微应变:是一个无量纲的物理量,当一个PCBA受到外力的作用,PCBA就会发生一个形变,拉伸变长应变为正,压缩变短应变为负,行业一般极限参考500μe。主应变:一个平面中最大和最小的正交应变,互相垂直起所在的方向切应变为“0”。, V" t0 @( _2 Z

# A# T; c4 H: c1 f

- j! g: o* z2 O/ g- F) V应变率:是用来描述应变变化的快慢的程度。应变的变化量除以这个变化被测量到的时间间隔。应变率也是用来衡量元件破裂的风险,多用于衡量BGA锡点的破裂风险。对于MLCC,主要用应变来衡量元件的破裂风险,对于应变率一般客户没有要求的话,极限值一般参考100000μe/s。! d9 r3 a" Z/ {3 z6 A2 |2 K

5 @" a  w* v2 _' r4 Z7 M) {# c
/ H8 G4 s1 ?" u, \6 B
引言:MLCC以其低等效串联电阻,体积小,效率高等特性广泛地应用到各类电子产品当中。但由于陶瓷本身的脆性,导致MLCC在抗变形能力差,从而给电子产品的制造带来了风险和增加了难度。在PCBA生成中,即使MLCC上有裂缝却仍能工作一段时间,所以多数MLCC破裂的情况在工厂端都测试不出来。当这些破裂的MLCC在经过电和热循环后,裂缝会慢慢增大直至电极间短路或者开路而最后失效。由于MLCC的破裂具有一定的潜伏性,因此给产品的可靠性带来了很大的危害。而通过应变测试来量化制程中MLCC所在的位置应变,可以很方便和直观的知道MLCC在那些工序中有比较大的应变,和同一个工序中那些MLCC所在的位置有比较大的应变。
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案例分析:走刀式分板导致MLCC破裂。一家做咖啡机的厂商,在一批出货的一款咖啡机过程中,共收到几十台有相同不良现象的机台,经过电路分析发现,不良是由MLCC C134导致的。而通过切片分析,发现C134上的裂纹是典型的机械应力裂纹,是由PCB变形导致的。看其中一个MLCC的图片(红色箭头处是裂纹):2 Z4 \; D" e: P
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4 Q9 y9 a5 ^* m8 l0 a5 |
- U' _: E, x7 G6 |  L0 w- m
通过应变测试,发现分板制程中C134处的产生的应变最大。C134的距离板边的距离如下图所示,C134与分板边的距离约3MM.(贴敷好应变片的PCB,如下图:)
# j" a( i3 @0 W* w2 T$ t' @2 x. m" {$ ~8 N1 o! ~" m( ~5 D& H; a8 F

, `+ Q4 ?5 l- z) V; ^- R! B  @% J# d$ h9 N
对整个分板过程进行监测,如下图:# W3 A+ G6 M( c6 V( G
7 J# P( a  R/ T3 M* Q
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分板结束,如下图:
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$ H; D2 g2 j& l0 e& C+ y% |4 g- h3 i* z9 @
应变测试结果(P&D Strain)如下:最大主应变值为2269.3μe,远超过目前行业对MLCC的应变标准±500ue,MLCC破裂风险很高,成为了导致PCB失效的潜在杀手。
$ M: z( K3 w' x1 w/ L
1 n9 W* x5 K& S+ k/ y; B( Q
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1 ^- A2 N  l  \% @/ D, D/ W( W' X
6 G3 V" z2 r( Y" C" }* S' RStrain VS Rate VS PWB点位图如下:3 f. V0 @+ o( n2 X6 u9 [8 W
9 F. P' w4 [# G, N
& |- Q1 J- z7 k7 C; r' A
当通过应变测试得知,C134是由于走刀分板制程中的应变而失效,公司找到分板机供应商,对设备进行调整后应变测试结果如下:: r3 x  P1 N! E6 o6 N( v
8 D" F3 V' `/ z' l

4 r8 Y" H9 y$ x7 e5 ~9 j9 ]) s/ i) M2 D' }) n& z' b5 L: [# @' L
对整个分板过程进行实时监测,波形图如下图:
2 M8 j/ M! x$ K$ g$ l8 P
3 I; N% x$ {0 y! Q; P" e" C
Strain VS Rate VS PWB点位图如下:
2 p7 `4 H' ]& f' R& |& `0 r4 d; w) @5 n6 q% e! O, f

" t! ~& B# n8 r: ^( {得知结论:对PCBA生成工序进行应变测试,然后根据测试结果分析,对生成设备或者治具进行调整,降低外部机械力对PCBA产生的影响,有效的控制风险,提升失效率。# E8 k+ e/ g8 s9 ^1 ^( P
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    发表于 2022-10-14 13:27 | 只看该作者
    MLCC具有低等效串联电阻,体积小,效率高的特性
  • TA的每日心情
    开心
    2022-11-22 15:53
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    [LV.1]初来乍到

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    发表于 2022-10-14 15:37 | 只看该作者
    陶瓷电容的脆性,导致MLCC的抗变形能力差
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