Kondensator
Kondensator-Leitfaden
Dehnungsriss-Mechanismus und Präventivmaßnahmen für keramische Mehrschichtkondensatoren
Datum der letzten Überarbeitung: 27.07.2022
Hallo, liebe Leser! In dieser Kolumne geht es um keramische Vielschichtkondensatoren (im Folgenden "Chips"), die für elektronische Geräte unverzichtbar geworden sind. In dieser Lektion wird das Phänomen der "Spannungsrisse" beschrieben, die in diesen Chips auftreten können.
Solange die Chips richtig behandelt werden, treten keine Risse auf. Chips bestehen jedoch aus Keramik wie Tassen und Untertassen, so dass sie bei übermäßiger mechanischer Beanspruchung brechen können. Wir möchten daher den Mechanismus beschreiben, durch den Dehnungsrisse entstehen, und zeigen, wie man Dehnungsrisse verhindern kann.
1. Was ist ein Dehnungsriss?
Schauen wir uns zunächst Abbildung 1 an, um zu sehen, was ein Dehnungsriss ist. Ein Dehnungsriss ist ein Riss, der durch Dehnung entsteht. Dehnungsrisse sind von außerhalb des Chips schwer zu erkennen. Das Bild unten zeigt ein Foto eines Spans, der geschnitten und die Schnittfläche poliert wurde.
Es ist ein Riss zu erkennen, der sich diagonal vom Ende der Außenelektrode aus erstreckt, was charakteristisch für Dehnungsrisse ist.
2. Durch welchen Mechanismus entstehen Dehnungsrisse?
Diese Art von Rissen entsteht, weil die Chips mit Lot auf der Leiterplatte befestigt werden. Wenn eine übermäßige mechanische Kraft auf eine Platine einwirkt, verbiegt und verdreht sich die Platine, was zu Spannungsrissen führt.
Schauen wir uns an, was passiert, wenn sich ein Brett biegt.
Die Oberseite der Platine dehnt sich aus und die Unterseite wird zusammengedrückt, wie in Abbildung 2 dargestellt. Diese Dehnung der Oberseite bewirkt, dass sich die Kupferfläche nach rechts und links bewegt.
Wenn sich das Land bewegt, bewegt sich auch das Lot und verformt sich. Diese Verformung des Lots führt dazu, dass sich die äußeren Elektroden des Chips bewegen und verformen, so dass sich die Zugspannung am Ende der äußeren Elektroden des Chips konzentriert und Risse entstehen, wenn diese Zugspannung die Festigkeit des Chip-Dielektrikums übersteigt.
3. Was sind die Auswirkungen von Dehnungsrissen?
Wenn sich ein Spannungsriss vom Ende einer externen Elektrode auf der Unterseite bis zu einer externen Elektrode auf der Oberseite erstreckt, sinkt die Kapazität und es kann ein offener Stromkreis entstehen. Auch wenn ein Riss nicht so schwerwiegend ist, können organische Stoffe im Flussmittel oder Feuchtigkeit über den durch den Riss gebildeten Spalt in den Chip eindringen, wodurch sich der Isolationswiderstand verschlechtert, wenn der Riss eine innere Elektrode erreicht. Wenn die Spannungsbelastung hoch ist und große Ströme fließen, können Spannungsrisse im schlimmsten Fall auch zu einem Kurzschluss führen.
Chips mit Dehnungsrissen lassen sich nur schwer durch visuelle Sortierung oder eine andere externe Inspektion ausschließen. Daher ist es wichtig, Kontrollen einzuführen, die verhindern, dass übermäßige mechanische Kräfte aufgebracht werden, um Risse zu vermeiden.
4. Wie hoch ist die Belastung?
Um das Auftreten von Dehnungsrissen zu verhindern, sollten Maßnahmen ergriffen werden, um zu verhindern, dass in den Produktionsstätten, in denen die Produkte hergestellt werden, übermäßige mechanische Kräfte aufgebracht werden.Gibt es gute Methoden, mit denen man erkennen kann, wann übermäßige mechanische Kräfte aufgebracht werden? Eine wirksame Methode ist die Messung des Dehnungsbetrags. Erläutern wir zunächst, was der Dehnungsbetrag ist.
Als Dehnung bezeichnet man den Betrag der Veränderung pro Längeneinheit, wenn eine Last auf ein Objekt einwirkt. Der Dehnungsfaktor zu diesem Zeitpunkt wird als Dehnungsbetrag bezeichnet.
ε＝ΔL/L
ε: Dehnungsbetrag; L: Länge vor Krafteinwirkung; ΔL: Längenänderung
Wenn zum Beispiel ein 1000 mm langer Stab nach links und rechts gezogen wird und eine Länge von 1001 mm erreicht, ergibt sich folgende Dehnung:
1 mm/1000 mm ＝ 0,001ST ＝ 1000μST
5. Wie können Spannungsrisse verhindert werden?
Um Dehnungsrisse zu verhindern, werden Gegenmaßnahmen unter den beiden Aspekten des Plattendesigns und der Prozesskontrolle ergriffen. Zunächst werden wir Gegenmaßnahmen unter dem Aspekt der Prozesssteuerung vorstellen. Die Dehnungsmenge in einem Prozess wird durch Messung der oben beschriebenen Dehnungsmenge kontrolliert. Zunächst wird ein Standardwert für die Dehnung festgelegt. Die Einstellung eines kleinen Wertes führt zu einer strengen Kontrolle, während die Einstellung eines zu großen Wertes zu Dehnungsrissen führen kann. Kunden, die Produkte herstellen, die das menschliche Leben beeinträchtigen können, verwenden häufig 500 μST, und Kunden, die allgemeine Konsumgüter herstellen, verwenden häufig 1000 μST als Standardwert.
Selbst bei gleichem Belastungsgrad der Leiterplatte ist die Belastung der Bauteile je nach Leiterplattentyp, Leiterplattendicke und anderen Faktoren unterschiedlich. Daher ist die derzeitige Situation so, dass die Kunden Normen auf der Grundlage ihres eigenen Urteils und ihrer Erfahrung festlegen.
Anschließend wird der Grad der Dehnung in jedem Prozess gemessen. Murata hat die Arten von Arbeitsprozessen, bei denen Dehnungsrisse auftreten, anhand von Erhebungen über frühere Vorfälle zusammengefasst. Der Kontrolle dieser Prozesse sollte Priorität eingeräumt werden.
Bei Prozessen, die den festgelegten Standard überschreiten, werden Verbesserungsmaßnahmen an den Anlagen, an der Arbeit und andere Korrekturmaßnahmen ergriffen, um die Belastung zu verringern.
Als Nächstes werden wir die wichtigsten Präventivmaßnahmen unter dem Gesichtspunkt der Gestaltung vorstellen.
1. Abstand zu Platinenrändern, Schraubenlöchern und Steckern
(Achten Sie auf einen angemessenen Abstand, z. B. 10 mm oder mehr.)
2. Layout
(Im Allgemeinen sollte das Layout parallel zu Trennlinien verlaufen. Die Chips sollten nicht
Chips sollten nicht an Stellen platziert werden, an denen sich Spannungen leicht konzentrieren, z. B. an
L-förmigen Platinen.)
3. Auswahl der Trennlinienart
(Schlitze sind besser als Perforationen.)
4. Stegbreite
(Das Maß C sollte kleiner sein als das Maß W (Breite) des Chips.)
5. Entwurf des Musterlayouts
(Das Kupferfolienmuster sollte so gestaltet sein, dass sich die Leiterplatte beim Reflow-Löten nicht
während des Reflow-Lötens nicht verformt.)
6. Verwendung von harzhaltigen Komponenten in der externen Elektrode
(Verwenden Sie Bauteile, die Harz in der externen Elektrode enthalten, an Stellen, die
hohen Belastungen ausgesetzt sind.)
Murata hat sich sowohl in Japan als auch weltweit an der Dehnungsmessung und dem Leiterplattendesign beteiligt und beratend zur Seite gestanden und verschiedene Fähigkeiten und Kenntnisse zur Lösung von Spannungsrissen erworben.
Auch in Zukunft wollen wir unser Bestes geben, um die Probleme unserer Kunden zu lösen.
Wie war Ihr Eindruck nach der Lektüre dieses Artikels? Wenn es jemanden gibt, der:
・Ihn nicht ganz verstanden hat,
・Will genaueres über die Dehnungsmessung wissen,
・Möchte genauer wissen, was bei der Entwicklung von Leiterplatten untersucht werden sollte,
Bei Fragen können Sie uns gerne per E-Mail kontaktieren.
Die in diesem Artikel enthaltenen Informationen waren zum Zeitpunkt der Veröffentlichung aktuell. Bitte beachten Sie, dass sie von den neuesten Informationen abweichen können.
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