Перейти к содержанию

Трещины в MLCC

Керамический конденсатор может выйти из строя через месяцы после сборки, хотя на контроле был исправен. Частая причина — микротрещина, полученная при пайке, которую трудно найти обычными проверками.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Трещины в MLCC — растрескивание многослойных керамических конденсаторов от теплового удара при пайке или от механических напряжений платы. Керамика хрупкая, и при резком перепаде температур или изгибе в ней возникают микротрещины, которые Johanson называет серьёзной угрозой надёжности в эксплуатации: отказ конденсатора, в том числе короткое замыкание по питанию, может проявиться уже после сборки.

Почему трещины опасны

Johanson Technology подчёркивает, что микротрещины в керамике трудно обнаружить обычным визуальным и электрическим контролем после сборки, а в эксплуатации они серьёзно угрожают надёжности. Поэтому при квалификации процесса сборки рекомендуют специальные испытания, выявляющие микротрещины.

Тепловой удар при пайке

ЭтапРекомендация Johanson
Предварительный нагрев1,0–2,0 °C/с до температуры на 65–100 °C ниже максимальной
Пик оплавленияминимум 205–210 °C, около 225 °C достаточно; 240–260 °C только кратко
Пайка волнойсамый жёсткий процесс: резкий нагрев до 240 °C
Охлаждениепостепенное, при комнатной температуре
После пайкине погружать горячую плату в холодный растворитель

Сам профиль оплавления берут из рекомендаций производителя пасты и компонентов; для керамики важны плавные подъём и спуск температуры.

Ручная пайка

Johanson не рекомендует паять керамические конденсаторы паяльником, потому что температуру, теплопередачу и время трудно контролировать. Если всё же нужно:

  • предварительно нагреть плату и компонент до 150 °C;
  • не касаться жалом керамики;
  • паяльник не мощнее 30 Вт, жало не горячее 280 °C и не шире 3,0 мм;
  • пайка не дольше 5 с.

При ремонте горячим воздухом соблюдают те же принципы: подогрев снизу и плавное остывание.

Механические напряжения

Избыток припоя передаёт на керамику напряжения, поэтому Johanson ограничивает галтель двумя третями высоты вывода.

Вторая причина — изгиб платы уже после пайки (flex crack). Murata в FAQ по конденсаторам пишет, что трещины после монтажа возникают именно от изгиба подложки, и советует две меры разводки:

  • располагать конденсатор горизонтально направлению, в котором действует напряжение изгиба (формулировка Murata);
  • у линии разделения мультизаготовки выбирать место, где напряжение при изгибе платы минимально, то есть подальше от неё.

Наш вывод из того же механизма, без отдельного первоисточника: изгибают плату не только при разделении заготовки, но и при затяжке крепёжных винтов и установке разъёмов, поэтому крупные MLCC не ставят вплотную к крепёжным отверстиям и краю платы, а в местах, где изгиба не избежать, применяют конденсаторы с мягкими (полимерными) выводами, которые выпускают крупные производители. Устройство конденсаторов и типы керамики описаны в статьях о диэлектриках MLCC и конденсаторах.

Частые вопросы

Как паять керамический конденсатор паяльником, чтобы не треснул?

Johanson вообще не рекомендует паяльник, но если без него никак: предварительно нагреть плату и компонент до 150 °C, не касаться жалом керамики, паяльник не мощнее 30 Вт, жало не горячее 280 °C и не шире 3 мм, пайка не дольше 5 с. Остывать плата должна сама, без обдува и холодных растворителей.

Почему треснувший конденсатор проходит проверку?

Микротрещина внутри керамики может не менять ёмкость и не быть видна снаружи. Johanson предупреждает, что такие трещины трудно обнаружить обычным визуальным и электрическим контролем, и они проявляются уже в эксплуатации. Поэтому при квалификации сборки рекомендуют специальные испытания.

Можно ли сразу после пайки мыть плату холодным растворителем?

Нет. По Johanson, попытки ускорить охлаждение или немедленное погружение платы в холодный моющий раствор вызывают растрескивание керамических конденсаторов от теплового удара. Плате дают остыть при комнатной температуре.

Источники

  1. Johanson Technology. Soldering Application Note for Ceramic Chip Components, 36S00160 — из-за кристаллической структуры керамические конденсаторы чувствительны к сильному тепловому и механическому удару; микротрещины трудно обнаружить обычным визуальным и электрическим контролем, они угрожают надёжности в эксплуатации, при квалификации сборки нужны испытания на микротрещины; пайка паяльником не рекомендуется, при необходимости: предварительный нагрев цепи и компонента до 150 °C, не касаться жалом керамики, паяльник не мощнее 30 Вт, температура жала не выше 280 °C, диаметр жала до 3,0 мм, время пайки до 5 с; предварительный нагрев 1,0–2,0 °C/с до температуры на 65–100 °C ниже максимальной; пик оплавления 205–210 °C минимум, около 225 °C достаточно; 240–260 °C допустимы кратко, лучше избегать; охлаждение постепенно при комнатной температуре, ускоренное охлаждение и холодные растворители сразу после пайки вызывают растрескивание; галтель не выше 2/3 высоты вывода
  2. Johanson Technology. Soldering Application Note for Ceramic Chip Components (jti-soldering) — правильный предварительный нагрев необходим, чтобы предотвратить растрескивание от теплового удара; скорость 1–2 °C/с; волна — около 240 °C, самый жёсткий процесс из-за резкого роста температуры
  3. Murata. Capacitors FAQ: What is the best layout for preventing the cracking of capacitors? (mnt/0027) — после монтажа трещины возникают от изгиба подложки; плату проектируют так, чтобы изделия не испытывали механических напряжений от её коробления; конденсаторы располагают горизонтально направлению действия напряжения; около линии разделения заготовки выбирают положение, минимизирующее напряжение при изгибе платы

Нашли ошибку?

Смотрите также