采用三明治結構設計 大幅度提高MLCC產品應用可靠性

一、前言

潮州三環(集團)股份有限公司地處廣東省潮州市，目前公司產業基地占地面積18萬平方米，廠房面積11萬平方米，現有員工2500名，各類技術人員200名，總資產人民幣4.5億元。公司是我國專業生產全系列片式多層陶瓷電容器(MLCC);HIC和片式電阻用氧化鋁陶瓷基片，光纖連接器陶瓷插芯，微波介質陶瓷器件，塑封片式電感器，各種膜類固定電阻器，電阻陶瓷基體等基礎電子元器件產品的知名品牌廠家。近年來，公司先后承擔完成多項國家、省級科研項目，研發了多項高新技術產品，創新了一大批光、機、電一體化的高精度專用設備，多項科研成果榮獲廣東省科技進步獎，公司先后被認定為國家級和廣東省優秀高新技術企業，國家863成果產業化基地、廣東省第一批創新型企業。

潮州三環(集團)股份有限公司研發生產的主打系列產品--片式多層陶瓷電容器(MLCC)具有體積小、精度高、重量輕、穩定性好等特點，目前廣泛應用于手機、平板電腦、電腦主板、PCB控制板等各類IT電子信息設備和產品。

但是，片式多層陶瓷電容器(MLCC)產品因其陶瓷材料本身較脆，在產品應用過程中常常會因作業不當，出現產品漏電、無容值、短路甚至燒毀等技術質量問題，潮州三環(集團)股份有限公司的科技人員經過長期對該類問題的跟蹤分析，最后確認導致以上不良的失效模式均為產品斷裂。

二、片式多層陶瓷電容器(MLCC)失效模式分析

失效機理

產品斷裂的主要原因是產品應用時受到了彎曲應力的作用，使得產品形成微裂紋并隨時間或二次應力擴展，終斷裂。

近些年，客戶均已發現產品斷裂可以通過PCB的設計以及制程的管控來避免其發生。但仍存在一些產品在使用中發現有小比例的斷裂問題，而這些產品大多是X7R材質的小容值產品。而X7R小容值產品易斷裂的根本原因是其機械強度較差。

產品強度對比

產品強度對比

根據以上機械強度對比圖可看出，X7R小容值產品機械強度較差，而COG材質均很優異。但COG材質因其介電常數極低，僅能制備容值較低的產品，且因材料較貴而不適宜替代同規格X7R產品。

三、常用改善方法

針對X7R小容值產品斷裂問題，常采用：

①增加產品厚度;

②增加產品內部層數;

③更改強度更高的材料等3個方向來改善產品強度，以提高產品的生產適應性，但從抗彎曲對比圖看，增加產品厚度和層數對產品的抗彎曲改善幅度較小，且因小容值產品本身容量低，層數增加空間有限。

四、新型改善方法

而通過更改材料來提高產品機械強度顯然是有效的方法。

我司通過近幾年在材料方面的不斷研究，終研制出一種高介電常數的材料，但是純粹用此材料所制成的產品成本高且容值范圍小。為更好的推進該項工作的改良，公司項目組提出在產品上下表面增加高強度的陶瓷體來提高整體產品強度的設想，終在 2012年11月我司已確認該方法的可行性，并于2013年的5月初完成對產品的各項性能的驗證，此新型設計方式可大幅度增加0603X7R104K、0805X7R104K及以下容值產品的機械強度，我公司將此新型產品命名為三明治結構產品。

三明治結構產品的結構如下：

性能對比

1、抗折強度對比

2、抗彎曲強度對比

3、容值分布對比

4、損耗角正切對比 5、絕緣電阻對比

6、耐電壓對比

7、溫度特性對比

8、耐焊接熱

9、穩態濕熱

10、耐濕負荷

11、耐久性

12、溫度快速循環

五、高低溫循環驗證

為了進一步確認三明治結構產品的可靠性，對0805X7R104K500D和 0603X7R104K500C產品各做300次高低溫循環試驗(溫度循環試驗條件： 40℃/15min→25℃/15S → 125℃/15min → 25℃/15S)，驗證結果見下表：

驗證結果表明，改善前后產品的高低溫循環特性相近，均能滿足客戶使用。

六、對 比 小 結

通過以上性能對比，三明治結構產品相比原產品：

1、機械強度大幅度增加;

2、溫度特性略差，但仍滿足X7R特性，可以滿足客戶使用;

3、其它產品性能相近;

七、研 究 總 結

通過以上分析，我們看到，采用三明治結構設計的產品性能有很大的提高，具體表現在：

1、可顯著地增加產品的機械強度;

2、可極大的降低產品在正常使用時發生產品斷裂的幾率;

3、能適應相對苛刻的使用條件(如獨石等獨特制作工藝);

4、相對傳統產品價格不會有較大差異;

最后，需要特別說明的是，采用三明治結構設計的產品可明顯提高X7R產品強度，但需要注意以下情況：

1、產品斷裂問題不能僅依靠元件廠家來解決，根本解決辦法在客戶端的控制;

2、三明治結構產品覆蓋的產品面較窄，一般為104及以下容值，對于高容產品不要隨意提出三明治結構的構想。

相關鏈接：

深圳市恒匯鑫科技有限公司是一家以專業代理三環品牌片式多層陶瓷電容器(MLCC)產品為主的專業代理公司，恒匯鑫公司和潮州三環(集團)股份有限公司有著多年的合作關系。長期以來，恒匯鑫公司專業經營代理三環、國巨等多個國內外知名品牌電子元器件產品。近年來，恒匯鑫公司憑借誠信的專業服務、平實的供貨價格、快速的交貨水平和豐富的現貨庫存贏得了良好的市場口碑，公司在短時間內獲得了迅猛發展。公司期望在未來的日子里，能和更多的行業企業建立良好的合作關系，為我國的信息電子產業的發展作出自己的努力。