贴片电容（MLCC）裂纹成因分析及全面防治策略

电子设计联盟

贴片电容（MLCC）是现代电子电路中不可或缺的被动元件，其稳定性和可靠性对电路的整体性能至关重要。然而，MLCC在生产、安装和使用过程中容易产生裂纹，这不仅会降低电容的性能，还可能引发电路故障。本文将详细探讨MLCC裂纹的成因、识别方法及全面的防治策略。

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一、贴片电容（MLCC）裂纹的类型MLCC裂纹主要分为两种类型：挤压裂纹和弯曲裂纹。
1、挤压裂纹挤压裂纹通常在元件拾放过程中产生。这一过程涉及到贴片机的拾放头与元件的接触。如果拾放头的参数设置不当，如Z轴压力过大或拾放头位置不准确，都可能导致元件受到过大的局部压力，从而产生裂纹。这种裂纹在元件表面较为明显，通常呈现为颜色变化的圆形或半月形，位于或接近电容器的中心（见图1）。

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2、弯曲裂纹弯曲裂纹主要由PCB板的过度弯曲或扭曲引起。当PCB板发生弯曲时，固定在其上的MLCC也会受到相应的应力，如果应力超过MLCC材料的承受极限，就会产生裂纹。弯曲裂纹的特征较为独特，通常表现为“Y”形或45度角斜裂纹，主要出现在靠近PCB焊点处（见图2）。
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二、贴片电容（MLCC）裂纹的成因1、贴片机参数设定不当对贴片电容（MLCC）造成裂纹 ①Z轴压力过大： 当贴片机的拾放头通过真空吸管或中心钳定位并放置元件时，需要精确控制Z轴的压力。Z轴负责拾放头的垂直移动，如果Z轴的下降压力设置得过大，将直接对MLCC施加过大的垂直力，可能导致其破裂。这是因为MLCC由多层陶瓷和电极层叠加而成，虽然具有一定的抗压能力，但对垂直方向的冲击力较为敏感。
②拾放头位置不准确： 如果拾放头没有准确地放置在MLCC的中心区域，而是偏向一边，那么在拾放过程中，MLCC将受到不均匀的力。这种不均匀的力会导致MLCC内部产生应力集中，当应力超过材料的承受极限时，就可能产生裂纹（见图3）。
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③拾放头尺寸不匹配： 使用尺寸不匹配的拾放头也可能导致裂纹。例如，如果拾放头的直径过小，它在拾取MLCC时会在较小的接触面积上集中较大的力，这种集中的力增加了对MLCC的压强，可能导致裂纹的产生（见图4）。
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④PCB表面不平整： 如果PCB表面存在不平整或有散落的碎片，这可能导致MLCC在放置时受到不均匀的压力。不均匀的压力分布会使MLCC承受额外的机械应力，增加了裂纹的风险（见图5）。

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2、PCB（印刷电路板）弯曲对贴片电容（MLCC）造成裂纹
; M8 \( n/ v/ w# V- X" Z①PCB弯曲引起的应力当MLCC被安装在PCB上时，它与PCB板共同承受外部力。FR-4是常用的PCB材料，其特点是刚度相对较低，容易在受到外力时发生弯曲。然而，MLCC的陶瓷基体具有很高的抗压强度，但其拉伸强度相对较低，这意味着它不容易被压缩，但容易在拉伸时破裂。
②拉伸应力与裂纹产生当PCB弯曲时，MLCC会因为固定在PCB上而受到拉伸应力（见图6）。如果这种拉伸应力超过了MLCC材料的拉伸强度，就会导致裂纹的产生。裂纹通常从MLCC的焊点处开始，因为这些区域是应力集中的地方。

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$ e* l' R7 r# H! X9 O" _9 I8 |③焊锡量的影响焊锡量是影响MLCC抗弯强度的主要因素之一。推荐的焊锡量是瓷体高度的50%至75%。如果焊锡量过多，会在PCB板弯曲时增加对MLCC的拉伸应力，从而增加裂纹的风险（见图7）。

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焊料量不一致也会导致元件上产生不一致的应力分布，可能在一端产生应力集中，从而引发裂纹（见图8）。
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! G; M) x0 w/ A4 |4 C7 Y④焊盘尺寸的重要性焊盘尺寸对MLCC的焊接和应力分布也有重要影响。正确的焊盘尺寸可以在焊接过程中平衡焊带的形成，减少应力集中。如果焊盘尺寸不符合制造商的详细规范，可能会导致不均匀的焊接和应力分布，增加裂纹的风险。
" h8 @* J! k: M三、贴片电容（MLCC）裂纹的识别检测裂纹的检测可以通过电阻测试仪进行。一般地，存在裂纹的电容电阻值会下降，或经老化后电阻值会明显下降。此外，X射线检测技术也可以用于非破坏性检测内部裂纹。
2 G/ v* m% T$ g" F1 u' A* S7 u四、贴片电容（MLCC）裂纹的防治策略1、优化贴片机参数确保Z轴压力适中，拾放头准确放置在元件中心，避免偏移。这可以通过校准设备和使用标准测试元件来实现。
2、控制PCB板的弯曲设计合理的PCB结构，控制焊锡量在瓷体高度的50%至75%之间，减少弯曲时的拉伸应力 。这可以通过优化焊接工艺和材料选择来实现。
3、优化元件布局MLCC应布置在远离PCB板分割线的位置，以减少分割过程中产生的应力（见图9）。此外，MLCC的贴装方位应与开孔平行，以确保在PCB板弯曲时受到最小的拉伸应力。
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0 |* b& k& I8 S" O4 T1 H) p7 W4、其他注意事项避免热冲击：在焊接和使用过程中，应避免快速的温度变化，以减少热冲击引起的裂纹。
控制氢吸收：在存储和使用过程中，应控制环境湿度，减少MLCC对氢的吸收，因为氢吸收可能导致裂纹的产生。
' v3 r* |: c4 }2 F$ s2 q! C8 A/ Y' I通过上述详细的分析和介绍，本文提供了关于MLCC裂纹的全面认识，包括其成因、识别方法和预防措施。正确理解和应用这些知识，可以有效提高MLCC的可靠性，从而保障整个电子设备的稳定性和性能。通过优化贴片机参数、控制PCB板的弯曲、优化元件布局以及其他注意事项，可以显著降低MLCC裂纹的风险，提高电子设备的可靠性和寿命。

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