工程師必看！MLCC的焊錫裂紋對策

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　　本文介紹MLCC（Multilayer Ceramic Chip Capacitor，積層貼片陶瓷片式電容器）發生焊錫裂紋的主要原因和對策。

焊錫裂紋的主要發生原因

　　MLCC的焊錫裂紋不僅會在焊錫工序等制造工序中產生，同時也會在推出市場后在嚴酷的使用條件下產生。發生原因主要為以下幾項。

(1)熱沖擊、溫度循環導致熱疲勞

　　在高溫/低溫的反復溫度變化的環境下，因MLCC與PCB的熱膨脹系數之差導致熱應力施加于焊錫接合部位后發生。此外，在焊接工序中，也會因為溫度管理不完善而導致該情況發生。

（2）無鉛焊錫

　　出于環保目的考慮而使用的無鉛焊錫，其質地堅硬易碎，與以往的共晶焊錫相比，更容易發生焊錫裂紋，因此需要特別注意。

　　圖1：焊錫裂紋的情形（切面）

焊錫裂紋的主要發生原因

　　MLCC的焊錫裂紋不僅會在焊錫工序等制造工序中產生，同時也會在推出市場后在嚴酷的使用條件下產生。發生原因主要為以下幾項。

(1)熱沖擊、溫度循環導致熱疲勞

　　在高溫/低溫的反復溫度變化的環境下，因MLCC與PCB的熱膨脹系數之差導致熱應力施加于焊錫接合部位后發生。此外，在焊接工序中，也會因為溫度管理不完善而導致該情況發生。

(2)無鉛焊錫

　　出于環保目的考慮而使用的無鉛焊錫，其質地堅硬易碎，與以往的共晶焊錫相比，更容易發生焊錫裂紋，因此需要特別注意。

　　圖2：焊錫裂紋的主要發生原因及其影響

焊錫裂紋對策中需特別注意的應用及基板

　　焊錫裂紋產生的主要原因為熱沖擊、溫度循環導致的熱疲勞以及使用硬脆的無鉛焊錫。

　　因此，在會產生急劇加熱（急劇）或急劇冷卻（急冷）等周溫度急劇變化（熱沖擊）的環境，例如汽車發動機艙等高溫發熱部位周圍的封裝應特別注意。

　　此外，安裝在室外等溫度反復變化的環境下的產品，例如太陽能發電、風力發電、基地局等基礎設施由于其維護周期長，因此需要注意焊錫裂紋對策。

　　圖3：需要焊錫裂紋對策的應用

　　1.由金屬端子"分散"熱沖擊的金屬支架電容

　　金屬支架電容是一款在端子電極上安裝金屬端子的MLCC，分為單體型(單層)與堆雙層型(雙層：雙重)2類。(圖4)。

　　圖4：金屬支架電容的結構

對于耐熱沖擊的接合強度

　　TDK的金屬支架電容對于焊錫裂紋擁有極高的抑制效果。圖5為3000次循環熱沖擊的截面比較圖，從圖中可以看出，一般端子產品相比金屬支架電容，其焊錫更易劣化。特別在2000次循環以上，其差異更加明顯。

　　圖5：熱沖擊試驗結果（一般產品與金屬支架電容的比較）

基板彎曲模擬的比較

　　通過焊錫接合于基板上的一般產品與金屬支架電容的基板彎曲模擬如圖6所示。因熱沖擊及基板彎曲等產生的應力會集中于焊錫接合部，此時一般產品極易產生焊錫裂紋，而金屬支架電容的金屬端子會吸收應力，因此減少了焊錫裂紋的產生。

　　圖6：基板彎曲模擬（一般產品與金屬支架電容的比較）

【金屬支架電容的特點】

　　通過在外部端子中使用金屬端子，吸收因熱沖擊及基板彎曲所產生的應力。同時提高耐振動性。2段型產品中可通過并列使用2個相同容量電容器的電路等來削減封裝面積。相比鋁電解電容器，ESR、ESL更低。

【主要用途】

　　車載應用（EPS、ABS、EV、HEV、LED燈等）

　　平滑電路、DC-DC轉換器、LED、HID

　　急劇溫度變化的使用環境、壓電效應對策

2.采用耐熱沖擊性優異的樹脂電極層，耐摔性強的樹脂電極品

　　一般MLCC端子電極的Cu底材層均進行了鍍Ni及鍍Sn。而樹脂電極品是一款在鍍Cu及鍍Ni層中加入導電性樹脂層的MLCC（圖7）。

　　圖7：一般端子產品與樹脂電極品端子的不同點

　　樹脂層吸收熱沖擊導致焊錫接合部膨脹收縮而產生的應力以及基板彎曲應力等，抑制焊錫裂紋的產生。

粘合強度下降率約為以往產品的一半

　　TDK的樹脂電極MLCC的特點在于擁有極其優異的耐熱沖擊性。圖8為一般端子產品與樹脂電極品在經過熱沖擊后粘合強度試驗的接合強度比較圖表。為3000次循環的熱沖擊(-55 to 125℃/3000cyc.)數據。一般產品的粘合強度約下降90%，而導電性樹脂端子型僅下降了約50%。

　　圖8：粘合強度的下降率（一般端子產品與樹脂電極品的比較）

【樹脂電極品的特點】

　　改善基板對于彎曲、掉落沖擊、熱沖擊（熱周期）的抵御能力。

　　由導電性樹脂吸收外部壓力，保護焊錫的接合部與原件。

【主要用途】

　　用于對需要使用焊接了積層貼片陶瓷片式電容器的基板的模塊進行"彎曲裂紋"對策或預防

　　用于安裝于鋁基板上的電氣電路、對于彎曲需具備強耐久性且焊錫接合部存在問題的SMT

　　PC、智能鑰匙、汽車多媒體、開關電源、基地局、車載應用（ECU、ABS、xEV等）

MLCC的焊錫裂紋對策總結

　　電容器與基板的接合部施加應力后會產生"焊錫裂紋"，從而可能引起元件脫落、開路故障等。

　　汽車發動機艙或擁有其他熱源的設備等暴露于熱沖擊、溫度循環中的設備；實現無維護的基礎設施；硬脆的無鉛焊錫的接合需要特別注意。

　　各產品的特點于表9中進行了總結。

　　客戶可根據用途選擇產品,從而提高產品可靠性。

　　表9：MLCC焊錫裂紋對策的比較