電容指南

多層陶瓷電容器的應變裂紋機制與預防措施

08/28/2012

最終修訂日期：07/27/2022

大家好本專欄介紹的多層陶瓷電容（以下簡稱「晶片」）已經成為電子裝置中不可或缺的元件。本課將介紹這些晶片中可能出現的「應變裂紋」現象。
只要晶片處理得宜，裂縫是不會發生的。因此，我們將介紹應變裂紋的發生機制，並教導如何預防應變裂紋。

1.什麼是應變裂縫？

首先，讓我們來看看圖一，看看什麼是應變裂紋。應變裂紋是由應變產生的裂紋。應變裂縫很難從晶片外部發現。下圖是一張晶片切割後的照片，切割面經過拋光處理。
可以確認從外部電極末端斜向延伸的裂縫是應變裂紋的特徵。

2.應變裂縫發生的機制為何？

這種裂縫的發生是因為晶片是使用焊錫安裝在電路板的焊盤上。當對電路板施加過大的機械力時，電路板就會彎曲扭曲，導致應變裂紋的發生。

讓我們來看看木板彎曲時的情形。
如圖 2 所示，電路板的上表面會伸長，而下表面則會壓縮。上表面的伸長會導致銅片左右移動。

當焊料移動時，焊料也會移動和變形。這種焊料變形會導致晶片的外部電極移動和變形，其結果是拉伸應力集中在晶片外部電極的末端，當拉伸應力超過晶片電介質的強度時就會產生裂痕。

3.應變裂縫的影響為何？

當應變裂紋從底面的外部電極末端延伸至頂面的外部電極時，電容量會下降，並可能形成開路。此外，即使裂縫沒有那麼嚴重，如果裂縫到達內部電極，焊劑中的有機物或濕氣可能會經由裂縫形成的空隙進入晶片，導致絕緣電阻變差。當電壓負載較高且有大電流流過時，應變裂痕在最壞的情況下也可能導致短路。

有應變裂痕的晶片很難透過目視分類或其他外部檢查來消除，因此必須實施控制，防止施加過大的機械力，以防止裂痕的產生。

4.應變量是多少？

為了防止應變裂痕的發生，應採取措施防止在製造產品的製造場所施加過大的機械力。其中一個有效的方法就是測量應變量。首先，讓我們解釋一下何謂應變量。

應變是指當負荷施加在物件上時，單位長度的變化量。此時的伸長係數稱為應變量。

ε＝ΔL/L
ε：應變量；L：施力前長度；ΔL：長度變化

舉例來說，當一根 1000 mm 長的圓棒向左和向右拉，變成 1001 mm 長時，應變量如下：

1 mm/1000 mm ＝ 0.001ST ＝ 1000μST

5.如何預防應變裂縫？

為了防止應變裂痕的發生，我們會從電路板設計及製程控制兩方面來採取對策。首先介紹製程控制方面的對策。製程中的應變量是透過量測上述的應變量來控制的。首先，設定標準應變量。設定較小的值可達到嚴格控制的效果，而設定過大的值則可能導致應變裂紋。製造可能影響人類生命的產品的客戶通常使用 500 μST，而製造一般消費性產品的客戶通常使用 1000 μST 作為標準值。

即使在相同的板應變程度下，施加在元件上的應力也會因板類型、板厚度和其他因素而有所不同。因此，目前的情況是客戶根據自己的判斷和經驗建立標準。

接下來，測量每個製程中的應變量。Murata 根據過去的事故調查，總結出發生應變裂紋的工序類型。應優先控制這些流程。

對於超出設定標準的流程，會採取設備改善、工作改善和其他糾正措施來抑制應變量。

接下來，我們將從設計方面介紹主要的預防措施。

1.與板邊、螺絲孔和連接器的距離
(確保適當的距離，例如 10 mm 或以上）。
2.佈局
(一般而言，佈局應與分離線平行。晶片不應
芯片不應放置在應力容易集中的地方，例如板角和 L 型板的彎曲處。
L 形板的彎曲處)。
3.分離線類型的選擇
(細縫比穿孔好)
4.土地寬度
(尺寸 C 應小於晶片的 W（寬度）尺寸）。