مكثفات MLCC صغيرة وموثوقة وتستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية. ومع ذلك، هناك مشكلة واحدة يمكن أن تسبب مشاكل خطيرة أثناء تجميع PCB أو بعد وضع المنتج قيد الاستخدام:تكسير MLCC.

قد يبدو MLCC المتصدع وكأنه عيب مادي صغير، ولكنه يمكن أن يؤثر على الأداء الكهربائي للمكثف. في بعض الحالات، قد لا يتم اكتشاف المشكلة على الفور. قد يجتاز المكثف فحصًا أوليًا ويفشل لاحقًا أثناء الاختبار أو التشغيل.

إذن، لماذا تتكسر مكثفات MLCC؟

الجواب عادة ما يرتبط بالإجهاد الميكانيكي، أو ثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور، أو ظروف اللحام، أو التغيرات في درجات الحرارة، أو اختيار المكونات.

تشرح هذه المقالة الأسباب الشائعة بعبارات بسيطة وتوفر طرقًا عملية لتقليل المخاطر.

ما هو الكراك MLCC؟

يتكون MLCC من طبقات سيراميك رفيعة متعددة مكدسة معًا.

توفر المادة الخزفية أداءً كهربائيًا جيدًا، ولكنها أيضًا صلبة وهشة نسبيًا مقارنة ببعض المواد الإلكترونية الأخرى.

عندما يتم تطبيق ضغط ميكانيكي مفرط على المكون، يمكن أن يحدث صدع صغير داخل الجسم الخزفي.

قد لا يكون الكراك مرئيًا دائمًا من الخارج.

وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل من الصعب التعرف على تكسير MLCC أثناء الفحص البصري العادي.

يمكن أن يؤدي وجود صدع داخلي صغير في بعض الأحيان إلى إنشاء مسار لتسرب التيار. وفي الحالات الأكثر خطورة، قد يؤدي ذلك في النهاية إلى فشل العزل أو حدوث ماس كهربائي.

1. يعد ثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور سببًا شائعًا

أحد الأسباب الأكثر شيوعًا لتكسير MLCC هوثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

تخيل مكثفًا سيراميكيًا ملحومًا بقوة بلوحة الدائرة الكهربائية.

إذا انحنت اللوحة، فلن يتمكن المكثف من متابعة حركة PCB ببساطة. يتم نقل الضغط الميكانيكي من خلال وصلات اللحام إلى الجسم الخزفي.

إذا كان الضغط مرتفعًا بدرجة كافية، فقد تتشقق طبقات السيراميك.

يمكن أن يحدث ثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور أثناء:

• تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور
• إزالة الألواح
• إدخال الموصل
• ربط المسمار
• تجميع المنتج
• صيانة
• المناولة

على سبيل المثال، إذا قام المشغل بالضغط على لوحة PCB للأسفل أثناء تثبيت الموصل، فقد تنحني اللوحة. قد يتم نقل الضغط إلى مراكز MLCC القريبة.

قد يبدو المكثف طبيعيًا بعد ذلك، لكن قد يكون هناك شرخ داخلي بالفعل.

2. يمكن أن تؤدي إزالة الألواح إلى الإضرار بشركات MLCC

أثناء تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور، غالبًا ما يتم إنتاج لوحات دوائر متعددة معًا كلوحة واحدة كبيرة.

بعد التجميع، يجب فصل الألواح الفردية.

هذه العملية تسمىإزالة الألواح.

إذا تم تطبيق الكثير من القوة الميكانيكية أثناء عملية إزالة الألواح، يمكن أن تنثني لوحة PCB أو تهتز.

قد تواجه مراكز MLCC الواقعة بالقرب من منطقة الفصل ضغوطًا ميكانيكية أكبر.

هذا هو سبب أهمية وضع المكونات.

كلما كان ذلك ممكنًا، يجب على المصممين تجنب وضع MLCCs الأكبر حجمًا أو الحساسة ميكانيكيًا بالقرب من المناطق التي سيتم فيها قطع ثنائي الفينيل متعدد الكلور أو فصله.

3. اللحام اليدوي يمكن أن يخلق مشاكل

اللحام اليدوي هو مجال آخر يتطلب الاهتمام.

إذا تم استخدام مكواة اللحام بشكل غير صحيح أو لفترة طويلة جدًا، فقد يتعرض المكون لتغير سريع في درجة الحرارة.

المواد الخزفية لا تستجيب بشكل جيد للاختلافات المفاجئة في درجات الحرارة.

على سبيل المثال، إذا أصبح أحد جوانب MLCC ساخنًا للغاية بينما ظل الجانب الآخر باردًا نسبيًا، فمن الممكن أن يتطور الإجهاد الحراري داخل المكون.

هذا يمكن أن يزيد من خطر التشقق.

بالنسبة لبيئات الإنتاج، من المهم اتباع ملف تعريف اللحام الموصى به من قبل الشركة المصنعة للمكونات.

4. يمكن أن تؤدي التغيرات السريعة في درجات الحرارة إلى الضغط على السيراميك

يمكن أن تواجه مراكز العمل الكبرى (MLCCs) أيضًا ضغوطًا ناجمة عن التسخين والتبريد السريع.

ويعرف هذا باسمصدمة حرارية.

النظر في مثال بسيط.

يتم تسخين ثنائي الفينيل متعدد الكلور أثناء اللحام. وبعد ذلك، يتعرض لبيئة أكثر برودة بسرعة كبيرة جدًا.

قد تتوسع الأجزاء المختلفة للمكون وثنائي الفينيل متعدد الكلور أو تتقلص بمعدلات مختلفة.

نظرًا لأن السيراميك والأقطاب الكهربائية المعدنية واللحام وثنائي الفينيل متعدد الكلور لها خصائص مادية مختلفة، فقد يتطور الضغط حول MLCC.

يمكن أن تساعد عملية التسخين والتبريد الخاضعة للرقابة في تقليل هذه المخاطر.

5. تحتاج حزم MLCC الكبيرة إلى مزيد من الاهتمام

يمكن لحزم MLCC الأكبر حجمًا أن توفر سعة أعلى وخصائص كهربائية مفيدة أخرى.

ومع ذلك، قد تكون المكونات الخزفية الأكبر أيضًا أكثر حساسية للإجهاد الميكانيكي.

وهذا لا يعني أن مراكز العمل الكبرى الكبيرة غير مناسبة للتطبيقات الصعبة.

وبدلاً من ذلك، يجب أن تأخذ عملية تصميم وتجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور خصائصها الميكانيكية في الاعتبار.

كلما كان المكون أكبر، كلما أصبح من المهم مراعاة ما يلي:

• ثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور
• موقع المكون
• شروط اللحام
• سمك اللوح
• طريقة إزالة الألواح
• قوى التجميع الميكانيكية

الحل الصحيح ليس دائمًا استخدام مكثف أصغر. ينبغي تصميم المكون وثنائي الفينيل متعدد الكلور كنظام كامل.

6. شروط اللحام مهمة

يمكن أن تؤثر عملية اللحام على موثوقية MLCC.

أثناء اللحام بإعادة التدفق، تتعرض لوحة PCB والمكونات لدرجات حرارة عالية.

إذا لم يتم التحكم في عملية التسخين بشكل صحيح، فقد يتعرض MLCC لضغط حراري مفرط.

يمكن أن يؤدي اللحام غير المتساوي أيضًا إلى حدوث ضغط ميكانيكي.

لهذا السبب، يجب على الشركات المصنعة اتباع ملف تعريف إعادة التدفق الموصى به المقدم من مورد MLCC.

تشمل العوامل المهمة ما يلي:

• معدل التدفئة
• درجة حرارة الذروة
• الوقت فوق السائل
• معدل التبريد
• حجم اللحام
• تصميم الوسادة

تعتمد المتطلبات الدقيقة على MLCC وعملية اللحام، لذلك يجب اتباع الوثائق الفنية الخاصة بالشركة المصنعة للمكونات.

7. تصميم اللوحة يمكن أن يقلل من مخاطر التشقق

لا تعتمد موثوقية MLCC على المكثف نفسه فقط.

يلعب تخطيط PCB أيضًا دورًا مهمًا.

يجب على المهندسين أن يأخذوا بعين الاعتبار مكان وضع المكثف وكيفية تحرك القوى الميكانيكية عبر اللوحة.

على سبيل المثال، قد يؤدي وضع MLCC بالقرب من حافة PCB أو فتحة المسمار أو الموصل أو خط إزالة الألواح إلى تعريضه لضغط ميكانيكي أكبر.

يمكن أن يؤدي التخطيط الأفضل إلى تقليل مقدار الضغط المنقول إلى المكون.

وهذا مهم بشكل خاص للتطبيقات التي تكون فيها الموثوقية على المدى الطويل أمرًا بالغ الأهمية.

8. لماذا يمكن لـ MLCC المتشققة اجتياز الفحص؟

هذا سؤال شائع.

قد يكون هناك صدع صغير داخل الجسم الخزفي وقد لا يكون مرئيًا أثناء الفحص البصري العادي.

وبالتالي يمكن أن يبدو المكثف طبيعيًا تمامًا.

قد تصبح المشكلة ملحوظة فقط من خلال الاختبار الكهربائي أو بعد تشغيل المنتج لبعض الوقت.

اعتمادًا على موقع الكسر وشدته، قد يظهر المكون:

• زيادة التسرب الحالي
• انخفاض مقاومة العزل
• عدم الاستقرار الكهربائي
• فشل ماس كهربائى

ولهذا السبب فإن منع الأضرار الميكانيكية عادة ما يكون أفضل من الاعتماد فقط على الفحص البصري النهائي.

9. كيف يمكن للمصنعين تقليل تكسير MLCC؟

لا يوجد حل واحد يناسب كل ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

ومع ذلك، هناك عدة خطوات عملية يمكن أن تقلل من المخاطر.

استخدم طرق التعامل المناسبة مع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

تجنب الضغط على PCB أو ثنيها أو لفها دون داع أثناء التجميع.

يجب على المشغلين التعامل مع اللوحات بعناية، خاصة بعد لحام MLCCs.

مراجعة موضع المكونات

تجنب وضع MLCCs الحساسة في المناطق التي يتعرض فيها ثنائي الفينيل متعدد الكلور لضغط ميكانيكي عالي.

انتبه بشكل خاص إلى:

• حواف ثنائي الفينيل متعدد الكلور
• مناطق الموصل
• فتحات المسمار
• خطوط إزالة الألواح
• نقاط تثبيت اللوحة

التحكم في عملية إنحسر

استخدم ملف تعريف اللحام الموصى به. تجنب التدفئة المفرطة أو التغيرات السريعة في درجات الحرارة.

مراجعة طريقة Depanelization

إذا ظهرت مشاكل التشقق بعد فصل ثنائي الفينيل متعدد الكلور، فراجع عملية إزالة الألواح. يمكن أن تؤثر طريقة القطع واتجاه القطع وحالة الأداة وموقع المكونات على الضغط الميكانيكي.

خذ بعين الاعتبار التزامات العمل النموذجية ذات الإنهاء الميسر

بالنسبة للتطبيقات ذات متطلبات الموثوقية الميكانيكية الأعلى، قد يفكر المهندسون في MLCCs ذاتالإنهاء الناعمأو هياكل إنهاء مرنة.

يمكن أن تساعد هذه التصميمات في تقليل الضغط الميكانيكي المنقول من PCB إلى الجسم الخزفي.

يعتمد الأداء الدقيق على بنية المنتج ومواصفات الشركة المصنعة.

10. كيفية تحديد مشكلة تكسير MLCC المحتملة

في حالة حدوث فشل متعلق بـ MLCC بعد تجميع PCB، فلا تفترض على الفور أن المكثف نفسه معيب.

وينبغي أيضا التحقيق في عملية التجميع.

عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها مفيدة هي:

الخطوة 1: تحديد متى يحدث الفشل.
هل تظهر المشكلة بعد إعادة التدفق أو إزالة الألواح أو الاختبار أو التجميع النهائي؟

الخطوة 2: التحقق من موقع المكون.
هل تتركز مراكز MLCC الفاشلة بالقرب من الموصلات أو حواف اللوحة أو البراغي أو مناطق القطع؟

الخطوة 3: مقارنة دفعات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المختلفة.
إذا زادت حالات الفشل فجأة في دفعة إنتاج واحدة، فتحقق مما إذا كانت عملية التجميع قد تغيرت.

الخطوة 4: إجراء الاختبار الكهربائي.
تحقق من المعلمات مثل مقاومة العزل وتيار التسرب.

الخطوة 5: فحص المكونات الفاشلة.
قد تكون هناك حاجة للفحص المجهري وطرق تحليل الفشل الأخرى لتحديد الشقوق الداخلية.

تساعد هذه العملية على التمييز بين مشكلة جودة المكونات ومشكلة تجميع PCB.

11. ما الذي يجب أن تسأله لمورد MLCC؟

إذا كنت تشتري مراكز MLCC لتطبيق عالي الموثوقية، فمن المفيد أن تسأل المورد عن ما هو أكثر من السعة والجهد.

يمكنك أن تسأل:

• ما هي أحجام العبوات المتوفرة؟
• ما هو نطاق درجة الحرارة المدعوم؟
• هل المنتج مناسب لتطبيقات السيارات أو الصناعية؟
• هل الإنهاء الناعم متاح؟
• ما هو ملف اللحام الموصى به؟
• ما هي اختبارات الموثوقية التي يتم إجراؤها؟
• هل يمكن للمورد تقديم عينات للتقييم؟
• ما هي إجراءات مراقبة الجودة المستخدمة أثناء الإنتاج؟

يجب أن يكون المورد الجيد قادرًا على تقديم معلومات فنية واضحة بدلاً من مجرد عرض أسعار.

التعليمات

هل يمكن لـ MLCC أن تعمل بشكل طبيعي بعد تصدعها؟

وقد يستمر في العمل لبعض الوقت، اعتمادًا على موقع الكسر وشدته. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي تشقق الجسم الخزفي إلى تقليل الموثوقية على المدى الطويل وقد يؤدي إلى عطل كهربائي.

هل من المرجح أن تنهار شركات MLCC الأكبر حجما؟

يمكن أن تكون حزم MLCC الأكبر حجمًا أكثر حساسية للضغط الميكانيكي. ومع ذلك، يعتمد التشقق على العديد من العوامل، بما في ذلك تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وبناء المكونات، وظروف التجميع، والتعامل.

هل يمكن أن يتسبب اللحام بإعادة التدفق في تكسير MLCC؟

نعم. يمكن أن تؤدي ظروف التدفئة أو التبريد غير المناسبة إلى حدوث إجهاد حراري. يمكن أن يساعد اتباع ملف تعريف اللحام الموصى به في تقليل المخاطر.

هل يمكن أن يؤدي ثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى إتلاف MLCC؟

نعم. يعد ثني ثنائي الفينيل متعدد الكلور أحد الأسباب الميكانيكية المهمة لتكسير MLCC، خاصة عندما يكون المكثف موجودًا في منطقة عالية الضغط.

كيف يمكنني تقليل تشقق MLCC أثناء تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟

ابدأ بالتحكم في التعامل مع ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ووضع المكونات، وإزالة الألواح، وظروف اللحام. بالنسبة للتطبيقات ذات المتطلبات الميكانيكية الأعلى، يمكن أيضًا النظر في هياكل MLCC المتخصصة مثل الإنهاء الناعم.

خاتمة

عادة لا يحدث تكسير MLCC بسبب عامل واحد فقط.

يمكن أن يؤثر كل من المكثف وتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور وعملية اللحام والتجميع الميكانيكي وطريقة المعالجة على الموثوقية النهائية للمكون.

والخبر السار هو أنه يمكن تقليل العديد من مشكلات التشقق عن طريق تحديد الإجهاد الميكانيكي مبكرًا وتحسين عملية تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

عند اختيار MLCC، لا تنظر فقط إلى السعة والجهد والسعر. فكر في كيفية تركيب المكثف ومعالجته ولحامه واستخدامه.

إن تصميم MLCC الجيد لا يقتصر فقط على اختيار المواصفات الكهربائية الصحيحة. ويتعلق الأمر أيضًا بالتأكد من قدرة المكون على البقاء في ظروف العالم الحقيقي للمنتج النهائي.