片式多层陶瓷电容器(MLCC)的种类结构及失效问题详解

　　1. MLCC概述

　　MLCC是片式多层陶瓷电容器英文缩写是电子整机中主要的被动贴片元件之一，它诞生于上世纪60年代，最先由美国公司研制成功，后来在日本公司(如Murata、TDK、太阳诱电等)迅速发展及产业化，至今依然在全球MLCC领域保持优势，主要表现为生产出MLCC具有高可靠、高精度、高集成、高频率、智能化、低功耗、大容量、小型化和低成本等特点。

　　2. MLCC种类

　　现在MLCC用陶瓷粉料主要分为三大类(Y5V、X7R和COG)。其中X7R材料是各国竞争最激烈的规格，也是市场需求、电子整机用量最大的品种之一，其制造原理是基于纳米级的钛酸钡陶瓷料(BaTiO3)改性。日本厂家根据大容量(10μF以上)的需求，在D50为100纳米的湿法BaTiO3基础上添加稀土金属氧化物改性，制造成高可靠性的X7R陶瓷粉料，最终制作出10μF-100μF小尺寸(如0402、0201等)MLCC。国内厂家则在D50为300-500纳米的BaTiO3基础上添加稀土金属氧化物改性制作X7R陶瓷粉料，跟国外先进粉体技术还有一段差距。

　　3. MLCC元件结构

　　MLCC元件结构很简单，由陶瓷介质、内电极金属层和外电极三层金属层构成。MLCC是由多层陶瓷介质印刷内电极浆料，叠合共烧而成。为此，不可避免地要解决不同收缩率的陶瓷介质和内电极金属如何在高温烧成后不会分层、开裂，即陶瓷粉料和金属电极共烧问题。共烧技术就是解决这一难题的关键技术，掌握好的共烧技术可以生产出更薄介质(2μm以下)、更高层数(1000层以上)的MLCC。当前日本公司在MLCC烧结专用设备技术方面领先于其它各国，不仅有各式氮气氛窑炉(钟罩炉和隧道炉)，而且在设备自动化、精度方面有明显的优势。

　　4. MLCC的失效问题

　　MLCC在生产中可能出现空洞、裂纹、分层
组装过程中会引起哪些失效？
哪些过程会引起失效？
有的裂纹很难检测出来

MLCC内在可靠性十分优良，可以长时间稳定使用。但如果器件本身存在缺陷或在组装过程中引入缺陷，则会对其可靠性产生严重影响。例如，MLCC在生产时可能出现介质空洞、烧结纹裂、分层等缺陷。分层和空洞、裂纹为重要的MLCC内在缺陷，这点可以通过筛选优秀的供应商，并对其产品进行定期抽样检测等来保证。

另一种就是组装时引入的缺陷，缺陷主要来自机械应力和热应力。MLCC的特点是能够承受较大的压应力，但抵抗弯曲能力比较差。所以PCB板的弯曲也容易引起MLCC开裂。由于MLCC是长方体，焊端在短边，PCB发生形变时，长边承受应力大于短边，容易发生裂纹。所以，排板时要考虑PCB板的变形方向与MLCC的安装方向在PCB可能产生较大形变的地方都尽量不要放置电容，比如PCB定位铆接、单板测试时测试点机械接触等位置都容易产生形变 厚的PCB板弯曲小于薄的PCB板，所以使用薄PCB板时更要注意形变问题

常见应力源有：工艺过程中电路板操作；流转过程中的人、设备、重力等因素；通孔元器件的插入；电路测试、单板分割；电路板安装；电路板定位铆接；螺丝安装等。该类裂纹一般起源于器件上下金属化端，沿45℃角向器件内部扩展。该类缺陷也是实际发生最多的一种类型缺陷。

同样材质、尺寸和耐压下的MLCC，容量越高，介质层数就越多，每层也越薄，并且相同材质、容量和耐压时，尺寸小的电容每层介质更薄，越容易断裂。裂纹的危害是漏电，严重时引起内部层间错位短路等安全问题。裂纹通常可以使用ICT设备完成检测，有的裂纹比较隐蔽，无法保证100[%]的检测效果。

温度冲击裂纹主要由于器件在焊接特别是波峰焊时承受温度冲击所致。焊接时MLCC受热不均，容易从焊端开始产生裂纹，大尺寸MLCC尤其如此。这是因为大尺寸的电容导热没有小尺寸的好，造成电容受热不均，膨胀幅度不同，从而产生破坏性应力。

另外，在MLCC焊接过后的冷却过程中，MLCC和PCB的膨胀系数不同，也会产生应力导致裂纹。相对于回流焊，波峰焊时这种失效会大大增加。要避免这个问题，回流焊、波峰焊时需要有良好的焊接温度曲线，一般器件工艺商都会提供相关的建议曲线。通过组装良品率的积累和分析，可以得到优化的温度曲线。