Les condensateurs MLCC sont petits, fiables et largement utilisés dans les appareils électroniques. Cependant, un problème peut causer de sérieux problèmes lors de l'assemblage du PCB ou après la mise en service du produit :Fissuration du MLCC.

Un MLCC fissuré peut ressembler à un petit défaut physique, mais il peut affecter les performances électriques du condensateur. Dans certains cas, le problème peut ne pas être découvert immédiatement. Le condensateur peut réussir une inspection initiale et tomber en panne plus tard lors des tests ou du fonctionnement.

Alors, pourquoi les condensateurs MLCC se fissurent-ils ?

La réponse est généralement liée àcontraintes mécaniques, flexion des PCB, conditions de soudage, changements de température ou sélection de composants.

Cet article explique les causes courantes en termes simples et propose des moyens pratiques de réduire le risque.

Qu’est-ce qu’une fissure MLCC ?

Un MLCC est constitué de plusieurs fines couches de céramique empilées ensemble.

Le matériau céramique offre de bonnes performances électriques, mais il est également relativement dur et cassant par rapport à certains autres matériaux électroniques.

Lorsqu’une contrainte mécanique excessive est appliquée au composant, une petite fissure peut se développer à l’intérieur du corps en céramique.

La fissure n'est pas toujours visible de l'extérieur.

C’est l’une des raisons pour lesquelles les fissures MLCC peuvent être difficiles à identifier lors d’une inspection visuelle normale.

Une petite fissure interne peut parfois créer un chemin de fuite de courant. Dans les cas plus graves, cela peut éventuellement entraîner une défaillance de l'isolation ou un court-circuit.

1. La flexion des PCB est une cause courante

L'une des causes les plus courantes de fissuration du MLCC estPliage des circuits imprimés.

Imaginez un condensateur en céramique fermement soudé à un circuit imprimé.

Si la carte se plie, le condensateur ne peut pas simplement suivre le mouvement du PCB. Les contraintes mécaniques sont transférées via les joints de soudure au corps en céramique.

Si la contrainte est suffisamment élevée, les couches de céramique peuvent se fissurer.

La flexion des PCB peut se produire pendant :

• Assemblage de circuits imprimés
• Dépanélisation
• Insertion du connecteur
• Fixation par vis
• Assemblage du produit
• Entretien
• Manutention

Par exemple, si un opérateur appuie sur un PCB lors de l'installation d'un connecteur, la carte peut se plier. La pression peut être transférée aux MLCC à proximité.

Le condensateur peut paraître normal par la suite, mais une fissure interne pourrait déjà exister.

2. La dépanélisation peut endommager les MLCC

Lors de la fabrication de PCB, plusieurs circuits imprimés sont souvent produits ensemble pour former un seul grand panneau.

Après le montage, les différentes planches doivent être séparées.

Ce processus est appelédépanélisation.

Si une force mécanique trop importante est appliquée lors du dépanélisation, le PCB peut fléchir ou vibrer.

Les MLCC situés à proximité de la zone de séparation peuvent subir des contraintes mécaniques plus importantes.

C'est pourquoi le placement des composants est important.

Dans la mesure du possible, les concepteurs doivent éviter de placer des MLCC plus grands ou mécaniquement sensibles trop près des zones où le PCB sera coupé ou séparé.

3. La soudure manuelle peut créer des problèmes

La soudure manuelle est un autre domaine qui nécessite une attention particulière.

Si un fer à souder est appliqué incorrectement ou trop longtemps, le composant peut subir un changement rapide de température.

Les matériaux céramiques ne réagissent pas bien aux brusques différences de température.

Par exemple, si un côté d’un MLCC devient très chaud tandis que l’autre reste relativement froid, une contrainte thermique peut se développer à l’intérieur du composant.

Cela peut augmenter le risque de fissuration.

Pour les environnements de production, il est important de suivre le profil de soudure recommandé par le fabricant du composant.

4. Les changements rapides de température peuvent stresser la céramique

Les MLCC peuvent également subir un stress dû à un chauffage et un refroidissement rapides.

C'est ce qu'on appellechoc thermique.

Prenons un exemple simple.

Un PCB est chauffé pendant le soudage. Par la suite, il est exposé trop rapidement à un environnement beaucoup plus frais.

Les différentes parties du composant et du PCB peuvent se dilater ou se contracter à des rythmes différents.

Étant donné que la céramique, les électrodes métalliques, la soudure et le PCB ont des propriétés matérielles différentes, des contraintes peuvent se développer autour du MLCC.

Un processus de chauffage et de refroidissement contrôlé peut contribuer à réduire ce risque.

5. Les gros packages MLCC nécessitent une attention particulière

Des boîtiers MLCC plus grands peuvent fournir une capacité plus élevée et d'autres caractéristiques électriques utiles.

Cependant, les composants céramiques plus grands peuvent également être plus sensibles aux contraintes mécaniques.

Cela ne signifie pas que les grands MLCC ne conviennent pas aux applications exigeantes.

Au lieu de cela, le processus de conception et d’assemblage des PCB doit prendre en compte leurs caractéristiques mécaniques.

Plus le composant est grand, plus il devient important de considérer :

• Pliage des circuits imprimés
• Emplacement des composants
• Conditions de soudure
• Épaisseur du panneau
• Méthode de dépanélisation
• Forces d'assemblage mécanique

La bonne solution n’est pas toujours d’utiliser un condensateur plus petit. Le composant et le PCB doivent être conçus comme un système complet.

6. Les conditions de soudure sont importantes

Le processus de soudure peut affecter la fiabilité du MLCC.

Lors du brasage par refusion, le PCB et les composants sont exposés à des températures élevées.

Si le processus de chauffage n'est pas correctement contrôlé, le MLCC peut subir une contrainte thermique excessive.

Une soudure inégale peut également créer des contraintes mécaniques.

Pour cette raison, les fabricants doivent suivre le profil de refusion recommandé fourni par le fournisseur MLCC.

Les facteurs importants comprennent :

• Taux de chauffage
• Température maximale
• Temps au-dessus du liquidus
• Taux de refroidissement
• Volume de soudure
• Conception du tampon

Les exigences exactes dépendent du MLCC et du processus de soudage, c'est pourquoi la documentation technique du fabricant du composant doit être suivie.

7. La conception des cartes peut réduire le risque de fissuration

La fiabilité du MLCC ne dépend pas uniquement du condensateur lui-même.

La disposition du PCB joue également un rôle important.

Les ingénieurs doivent tenir compte de l'emplacement du condensateur et de la manière dont les forces mécaniques se déplacent à travers la carte.

Par exemple, placer un MLCC près d'un bord de PCB, d'un trou de vis, d'un connecteur ou d'une ligne de dépanélisation peut l'exposer à des contraintes mécaniques plus importantes.

Une meilleure disposition peut réduire la quantité de contrainte transférée au composant.

Ceci est particulièrement important pour les applications où la fiabilité à long terme est essentielle.

8. Pourquoi un MLCC fissuré peut-il réussir l'inspection ?

C'est une question courante.

Une petite fissure peut être localisée à l’intérieur du corps en céramique et peut ne pas être visible lors d’une inspection visuelle normale.

Le condensateur peut donc paraître parfaitement normal.

Le problème ne peut devenir visible que lors de tests électriques ou après que le produit a fonctionné pendant un certain temps.

Selon l'emplacement et la gravité de la fissure, le composant peut présenter :

• Courant de fuite accru
• Résistance d'isolation réduite
• Instabilité électrique
• Défaillance de court-circuit

C’est pourquoi il est généralement préférable de prévenir les dommages mécaniques plutôt que de se fier uniquement à une inspection visuelle finale.

9. Comment les fabricants peuvent-ils réduire la fissuration du MLCC ?

Il n’existe pas de solution unique qui fonctionne pour chaque PCB.

Cependant, plusieurs mesures pratiques peuvent réduire le risque.

Utiliser des méthodes appropriées de manipulation des PCB

Évitez d'appuyer, de plier ou de tordre inutilement le PCB pendant l'assemblage.

Les opérateurs doivent manipuler les cartes avec précaution, surtout après que les MLCC ont été soudés.

Vérifier l'emplacement des composants

Évitez de placer les MLCC sensibles dans des zones où le PCB subit des contraintes mécaniques élevées.

Portez une attention particulière à :

• Bords de PCB
• Zones de connexion
• Trous de vis
• Lignes de dépanélisation
• Points de fixation des planches

Contrôler le processus de refusion

Utilisez le profil de soudure recommandé. Évitez un chauffage excessif ou des changements rapides de température.

Revoir la méthode de dépanélisation

Si des problèmes de fissuration apparaissent après la séparation du PCB, revoyez le processus de dépanélisation. La méthode de coupe, la direction de coupe, l’état de l’outil et l’emplacement des composants peuvent tous affecter les contraintes mécaniques.

Envisagez les MLCC à terminaison logicielle

Pour les applications avec des exigences de fiabilité mécanique plus élevées, les ingénieurs peuvent envisager des MLCC avecterminaison douceou des structures de terminaison flexibles.

Ces conceptions peuvent contribuer à réduire les contraintes mécaniques transférées du PCB au corps en céramique.

Les performances exactes dépendent de la construction du produit et des spécifications du fabricant.

10. Comment identifier un éventuel problème de fissuration du MLCC

Si une défaillance liée au MLCC se produit après l'assemblage du PCB, ne présumez pas immédiatement que le condensateur lui-même est défectueux.

Le processus d'assemblage devrait également être étudié.

Un processus de dépannage utile est le suivant :

Étape 1 : Identifiez le moment où la panne se produit.
Le problème apparaît-il après refusion, dépanélisation, test ou assemblage final ?

Étape 2 : Vérifiez l'emplacement du composant.
Les MLCC défaillants sont-ils concentrés à proximité des connecteurs, des bords de la carte, des vis ou des zones de découpe ?

Étape 3 : Comparez différents lots de PCB.
Si les échecs augmentent soudainement dans un lot de production, vérifiez si le processus d'assemblage a changé.

Étape 4 : Effectuez des tests électriques.
Vérifiez les paramètres tels que la résistance d'isolement et le courant de fuite.

Étape 5 : Inspectez les composants défectueux.
Une inspection microscopique et d’autres méthodes d’analyse des défaillances peuvent être nécessaires pour identifier les fissures internes.

Ce processus permet de distinguer un problème de qualité de composant d'un problème d'assemblage de PCB.

11. Que devriez-vous demander à un fournisseur MLCC ?

Si vous achetez des MLCC pour une application de haute fiabilité, il est utile de demander au fournisseur bien plus que la capacité et la tension.

Vous pouvez demander :

• Quelles tailles de colis sont disponibles ?
• Quelle plage de température est prise en charge ?
• Le produit est-il adapté aux applications automobiles ou industrielles ?
• La résiliation en douceur est-elle disponible ?
• Quel profil de soudure est recommandé ?
• Quels tests de fiabilité sont effectués ?
• Le fournisseur peut-il fournir des échantillons pour évaluation ?
• Quelles procédures de contrôle qualité sont utilisées pendant la production ?

Un bon fournisseur doit être en mesure de fournir des informations techniques claires plutôt qu'une simple offre de prix.

FAQ

Un MLCC peut-il fonctionner normalement après une fissure ?

Il peut continuer à fonctionner pendant un certain temps, en fonction de l'emplacement et de la gravité de la fissure. Cependant, un corps en céramique fissuré peut réduire la fiabilité à long terme et entraîner une panne électrique.

Les MLCC plus grands sont-ils plus susceptibles de se fissurer ?

Les emballages MLCC plus grands peuvent être plus sensibles aux contraintes mécaniques. Cependant, la fissuration dépend de nombreux facteurs, notamment la conception du PCB, la construction des composants, les conditions d'assemblage et la manipulation.

La soudure par refusion peut-elle provoquer des fissures MLCC ?

Oui. Des conditions de chauffage ou de refroidissement inappropriées peuvent créer un stress thermique. Suivre le profil de soudure recommandé peut aider à réduire le risque.

La flexion des PCB peut-elle endommager un MLCC ?

Oui. La flexion des PCB est l'une des causes mécaniques importantes de fissuration des MLCC, en particulier lorsque le condensateur est situé dans une zone à fortes contraintes.

Comment puis-je réduire la fissuration du MLCC lors de l'assemblage du PCB ?

Commencez par contrôler la manipulation des PCB, le placement des composants, la dépanélisation et les conditions de soudure. Pour les applications présentant des exigences mécaniques plus élevées, des structures MLCC spécialisées telles que des terminaisons souples peuvent également être envisagées.

Conclusion

La fissuration du MLCC n’est généralement pas causée par un seul facteur.

Le condensateur, la conception du PCB, le processus de soudage, l'assemblage mécanique et la méthode de manipulation peuvent tous affecter la fiabilité finale du composant.

La bonne nouvelle est que de nombreux problèmes de fissuration peuvent être réduits en identifiant précocement les contraintes mécaniques et en améliorant le processus d’assemblage des PCB.

Lors de la sélection d'un MLCC, ne regardez pas uniquement la capacité, la tension et le prix. Considérez comment le condensateur sera réellement monté, manipulé, soudé et utilisé.

Une bonne conception MLCC ne consiste pas seulement à choisir les bonnes spécifications électriques. Il s’agit également de s’assurer que le composant peut survivre aux conditions réelles du produit fini.