采用三明治結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大幅度提高M(jìn)LCC產(chǎn)品應(yīng)用可靠性

一、前言

潮州三環(huán)(集團(tuán))股份有限公司地處廣東省潮州市，目前公司產(chǎn)業(yè)基地占地面積18萬平方米，廠房面積11萬平方米，現(xiàn)有員工2500名，各類技術(shù)人員200名，總資產(chǎn)人民幣4.5億元。公司是我國專業(yè)生產(chǎn)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(zhì)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(chǔ)電子元器件產(chǎn)品的知名品牌廠家。近年來，公司先后承擔(dān)完成多項(xiàng)國家、省級(jí)科研項(xiàng)目，研發(fā)了多項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)品，創(chuàng)新了一大批光、機(jī)、電一體化的高精度專用設(shè)備，多項(xiàng)科研成果榮獲廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)，公司先后被認(rèn)定為國家級(jí)和廣東省優(yōu)秀高新技術(shù)企業(yè)，國家863成果產(chǎn)業(yè)化基地、廣東省第一批創(chuàng)新型企業(yè)。

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

但是，片式多層陶瓷電容器(MLCC)產(chǎn)品因其陶瓷材料本身較脆，在產(chǎn)品應(yīng)用過程中常常會(huì)因作業(yè)不當(dāng)，出現(xiàn)產(chǎn)品漏電、無容值、短路甚至燒毀等技術(shù)質(zhì)量問題，潮州三環(huán)(集團(tuán))股份有限公司的科技人員經(jīng)過長期對該類問題的跟蹤分析，最后確認(rèn)導(dǎo)致以上不良的失效模式均為產(chǎn)品斷裂。

二、片式多層陶瓷電容器(MLCC)失效模式分析

失效機(jī)理

產(chǎn)品斷裂的主要原因是產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)受到了彎曲應(yīng)力的作用，使得產(chǎn)品形成微裂紋并隨時(shí)間或二次應(yīng)力擴(kuò)展，終斷裂。

近些年，客戶均已發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品斷裂可以通過PCB的設(shè)計(jì)以及制程的管控來避免其發(fā)生。但仍存在一些產(chǎn)品在使用中發(fā)現(xiàn)有小比例的斷裂問題，而這些產(chǎn)品大多是X7R材質(zhì)的小容值產(chǎn)品。而X7R小容值產(chǎn)品易斷裂的根本原因是其機(jī)械強(qiáng)度較差。

產(chǎn)品強(qiáng)度對比

產(chǎn)品強(qiáng)度對比

根據(jù)以上機(jī)械強(qiáng)度對比圖可看出，X7R小容值產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度較差，而COG材質(zhì)均很優(yōu)異。但COG材質(zhì)因其介電常數(shù)極低，僅能制備容值較低的產(chǎn)品，且因材料較貴而不適宜替代同規(guī)格X7R產(chǎn)品。

三、常用改善方法

針對X7R小容值產(chǎn)品斷裂問題，常采用：

①增加產(chǎn)品厚度;

②增加產(chǎn)品內(nèi)部層數(shù);

③更改強(qiáng)度更高的材料等3個(gè)方向來改善產(chǎn)品強(qiáng)度，以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)適應(yīng)性，但從抗彎曲對比圖看，增加產(chǎn)品厚度和層數(shù)對產(chǎn)品的抗彎曲改善幅度較小，且因小容值產(chǎn)品本身容量低，層數(shù)增加空間有限。

四、新型改善方法

而通過更改材料來提高產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)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(shù)的材料，但是純粹用此材料所制成的產(chǎn)品成本高且容值范圍小。為更好的推進(jìn)該項(xiàng)工作的改良，公司項(xiàng)目組提出在產(chǎn)品上下表面增加高強(qiáng)度的陶瓷體來提高整體產(chǎn)品強(qiáng)度的設(shè)想，終在 2012年11月我司已確認(rèn)該方法的可行性，并于2013年的5月初完成對產(chǎn)品的各項(xiàng)性能的驗(yàn)證，此新型設(shè)計(jì)方式可大幅度增加0603X7R104K、0805X7R104K及以下容值產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，我公司將此新型產(chǎn)品命名為三明治結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。

三明治結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)如下：

性能對比

1、抗折強(qiáng)度對比

2、抗彎曲強(qiáng)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(wěn)態(tài)濕熱

10、耐濕負(fù)荷

11、耐久性

12、溫度快速循環(huán)

五、高低溫循環(huán)驗(yàn)證

為了進(jìn)一步確認(rèn)三明治結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的可靠性，對0805X7R104K500D和 0603X7R104K500C產(chǎn)品各做300次高低溫循環(huán)試驗(yàn)(溫度循環(huán)試驗(yàn)條件： 40℃/15min→25℃/15S → 125℃/15min → 25℃/15S)，驗(yàn)證結(jié)果見下表：

驗(yàn)證結(jié)果表明，改善前后產(chǎn)品的高低溫循環(huán)特性相近，均能滿足客戶使用。

六、對 比 小 結(jié)

通過以上性能對比，三明治結(jié)構(gòu)產(chǎn)品相比原產(chǎn)品：

1、機(jī)械強(qiáng)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(chǎn)品性能相近;

七、研 究 總 結(jié)

通過以上分析，我們看到，采用三明治結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品性能有很大的提高，具體表現(xiàn)在：

1、可顯著地增加產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度;

2、可極大的降低產(chǎn)品在正常使用時(shí)發(fā)生產(chǎn)品斷裂的幾率;

3、能適應(yīng)相對苛刻的使用條件(如獨(dú)石等獨(dú)特制作工藝);

4、相對傳統(tǒng)產(chǎn)品價(jià)格不會(huì)有較大差異;

最后，需要特別說明的是，采用三明治結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品可明顯提高X7R產(chǎn)品強(qiáng)度，但需要注意以下情況：

1、產(chǎn)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(jié)構(gòu)產(chǎn)品覆蓋的產(chǎn)品面較窄，一般為104及以下容值，對于高容產(chǎn)品不要隨意提出三明治結(jié)構(gòu)的構(gòu)想。

相關(guān)鏈接：

深圳市恒匯鑫科技有限公司是一家以專業(yè)代理三環(huán)品牌片式多層陶瓷電容器(MLCC)產(chǎn)品為主的專業(yè)代理公司，恒匯鑫公司和潮州三環(huán)(集團(tuán))股份有限公司有著多年的合作關(guān)系。長期以來，恒匯鑫公司專業(yè)經(jīng)營代理三環(huán)、國巨等多個(gè)國內(nèi)外知名品牌電子元器件產(chǎn)品。近年來，恒匯鑫公司憑借誠信的專業(yè)服務(wù)、平實(shí)的供貨價(jià)格、快速的交貨水平和豐富的現(xiàn)貨庫存贏得了良好的市場口碑，公司在短時(shí)間內(nèi)獲得了迅猛發(fā)展。公司期望在未來的日子里，能和更多的行業(yè)企業(yè)建立良好的合作關(guān)系，為我國的信息電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出自己的努力。