MLCCとは何か、MLCCクラック問題の解決方法について

MLCCとは何か、MLCCクラック問題の解決方法について

コンデンサとは、基本的に電気を蓄えることができる容器のことです。コンデンサの基本原理は、互いに接触していない平行な2つの導電性金属を使い、空気などを絶縁体として充填します。2つの金属のうち1つを電池のプラス端子に、もう1つをマイナス端子に接続します。電荷を蓄える装置をコンデンサと呼びます。

コンデンサは、主に電解コンデンサ、タンタル電解コンデンサ、積層セラミックコンデンサに分けられます。MLCC).

目次
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    MLCCの原理

    コンデンサの容量は金属板電極の面積に正比例するので、いかに最小の体積で最大の金属面積の電荷貯蔵を行うかが、コンデンサの最大容量値を最小の体積で作ることができる。 

    MLCCは櫛形シートを形成できるため、従来の電解コンデンサと同じ体積で動作します。MLCCは、櫛形シートの構造によってコンデンサの容量を大幅に増やすことができるため、電子製品の薄型化・小型化が可能です。

    MLCC式表現:C=εK(A/D)n

    C:静電容量、単位はF(ファラド)、MLCCの静電容量は主にPF、nF、µFです。
    ε :電極間の絶縁体の誘電率、単位はファラド/メートル。
    K:誘電率(セラミックの種類によって異なる)
    A:導電性領域(製品サイズ、印刷領域とは異なります。)
    D:誘電体層の厚さ
    n: レイヤー数

    さまざまなタイプのMLCC

    MLCC製品の種類

    温度特性によるMLCCの分類:温度によって容量値が変化し、C0G(NP0)、X7R、Z5U、Y5Vなどに分類されます。

      MLCC製品のサイズにより分類されます。0402 ; 0603 ; 0805 ; 1206 など。

      MLCC は、静電容量によって 10PF、100P、1nF、1μF、10μF に分類されます。

      動作電圧別分類:10V、16V、25V、50V、100V、200V、500V、1KV、2KV、3KV ★同シリーズの製品は、動作電圧が高いほど誘電体層の厚みを厚くする必要があり、相対的に容量値は低くなります。

      公差別MLCC:±0.1pF(B)、±0.25pF(C)、±0.5pF(D)、±1%(F)、±2%(G)、±5%(J)、±10%(K)、±20%(M)~+80%(Z)

    したがって、MLCCの製品仕様には、少なくとも上記のすべての機能が含まれていなければなりません。

    MLCCの製造工程

    MLCCの誘電体材料には、チタン酸バリウム、酸化チタン、チタン酸マグネシウム、チタン酸ストロンチウムなどがあり、製品の種類(NP0、X7R、Y5V)によって、焼結温度や焼結雰囲気が異なる。

    厚膜成膜技術

     生胚の形状:ストリップ胚、厚さ:5(mを含む-25mを含む)。
     電極印刷:導電性電極印刷、サイズにより異なる。
     ラミネート技術:4、250.
     切断技術:ナイフカットとレーザーカット、ソーイング。

    セラミック混焼技術

    セラミック混焼技術

     

     セラミックと金属の電極材料:適合する材料を使用する。
     オントロジーの焼結技術:温度(950~1300℃)と雰囲気制御(空気、窒素・水素混合ガス)。
     側面電極技術:高温燃焼(750 ~ 900 ° C)および雰囲気制御(銅電極)。
     電気メッキ技術(ニッケルメッキ、錫/鉛)、純錫メッキ。

    MLCCは材料特性により、NME(貴金属電極)とBME(卑金属電極)の2種類のプロセス技術に分けられ、世代や用途特性が微妙に異なる。NMEは比較的安定しており、高耐圧製品として使われることが多く、価格は比較的高価である。BMEは低価格でマージンが比較的大きい製品であり、一般的に高い要求を持たない製品に使われる。

    MLCCの欠点

    MLCCの最大の品質問題は、壊れやすいということです。使用方法や取り扱いに注意しないと、簡単に割れてしまう。そのため、MLCCを納品する際には、通常、取り扱い方法が指定されています。溶接や解体の際には、本体にストレスを与えないようにしないと、割れてしまいます。

    MLCCにクラックが発生する理由

    にマイクロクラックが発生した場合 プリント基板はんだ付け工程このとき,コンデンサは開回路となり,絶縁抵抗は増加する。しかし、MLCCにマイクロクラックが入ると、MLCCの絶縁インピーダンスが低下し、破損時に層間で電流が漏れる。

    MLCCが破裂する原因は、大まかに言って次の3つに分けられます。
    熱衝撃によるMLCC破断
    外来欠陥とオーバーストレスによるMLCC破断。
    内在性欠陥によるMLCC破裂

    サーマルショック

    部品周辺の温度が急激に上昇または下降した場合に発生する熱ショックについて

    熱衝撃は、部品周辺の温度が急激に上昇または下降することで発生します。例えば、ウェーブソルダリング、リフロー、タッチアップ、リペアなどでは、材料に高温が急速に加えられる。MLCCを製造する際には、さまざまな互換性のある材料が使用されることになります。

    これらの材料は、それぞれの材料特性の違いから、熱膨張係数(CTE)や熱伝導率が異なってきます。これらの異なる材料がコンデンサ内部に同時に存在し、温度が急激に変化すると、異なる比率の体積変化が生じ、互いに押し引きし、最終的にクラックが発生する現象が生じます。

    この種の破裂は、最も脆弱なものから始まる傾向がある 構造の一部、または構造上の応力が最も集中する場所。一般的には、結晶の最も硬い4つの角で、露出した端が結合する中央のセラミック界面付近、または最も大きな機械的張力が発生する場所で発生します。

    オーバストレス

    歪みや破損の原因は、通常、SMTや機械製品全体の組立工程で起こる外因性のものです。考えられる理由は以下の通りです。
    1.ピック&プレースマシンフォーム PCB組立工場 は、不適切に部品を掴んでしまい、破損の原因になります。

    2.コンデンサの取り付けの際、部品を取る時や部品を置く時にノズルに力がかかりすぎたり、ノズルのバネが切れて緩衝材の故障やノズルの誤差が生じたり、部品が曲がって変形するとクラックが発生することがあります。

    3.対応するランドパターン配置の大きさが均一でない(大面積の銅箔で接続された溶接パッドを含み、他のパッドはそうでない)、あるいは ソルダーペースト量 は印刷時に左右対称にならない。また、リフロー炉を通す際に、異なる熱膨張力を受けやすくなっています。そのため、片方がより大きな張力や推力で持ち上げられてしまい、クラックが発生するのです。

    4.また、溶接工程での熱衝撃や溶接基板の曲げ変形もクラックにつながりやすい。

    MLCC材料固有欠陥

    MLCCの材料固有の欠陥は、一般的に3つのカテゴリに分かれています、この種の障害は、通常、コンデンサの故障から来る、と製品の信頼性を損なうのに十分である、この種の問題は、通常MLCCプロセスまたは材料の不適切な選択によって引き起こされます。

    1.デラミネーション
    2.ボイディング
    3.焼成クラック

    結論

    熱衝撃によって発生したMLCCクラックは、表面からアセンブリの内部へと広がっていきます。過度の機械的張力によるMLCCクラックは、部品の表面または内部に形成され、これらのMLCCクラックは、ほぼ45度の角度で広がります。 原料の破損については、内部電極に垂直な方向、または平行な方向の破断につながります。

    また、熱衝撃による破断は、一般的に一端からゼロ、一端へと広がっていく。巻き取り機や置き台による破断では、端の接続部より下に複数の破断点が存在することになる。ねじれ基板による損傷では、通常、破断点は1つしかありません。

    よくあるご質問

    コンデンサは主に電解コンデンサ、タンタル電解コンデンサ、積層セラミックコンデンサ(MLCC)に分類されます。
    MLCC式表現:C=εK(A/D)n C : 静電容量。単位はF(ファラッド)。MLCCの静電容量は主にPF、nF、μFであるのに対し、MLCCの静電容量はPF、nF、μFである。 ε : 電極間の絶縁体の誘電率。単位はファラッド/メートル。 K : 誘電率(セラミックの種類によって異なる。) A:導電性領域(製品サイズ、印刷領域とは異なります。) D:誘電体層の厚さ n: レイヤー数
    熱衝撃によるMLCC破断 外来欠陥とオーバーストレスによるMLCC破断。 内在性欠陥によるMLCC破裂

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