Tụ điện MLCC nhỏ, đáng tin cậy và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử. Tuy nhiên, một vấn đề có thể gây rắc rối nghiêm trọng trong quá trình lắp ráp PCB hoặc sau khi sản phẩm đã được đưa vào sử dụng:nứt MLCC.

MLCC bị nứt có thể trông giống như một khiếm khuyết vật lý nhỏ nhưng nó có thể ảnh hưởng đến hiệu suất điện của tụ điện. Trong một số trường hợp, vấn đề có thể không được phát hiện ngay lập tức. Tụ điện có thể vượt qua lần kiểm tra ban đầu và bị hỏng sau đó trong quá trình thử nghiệm hoặc vận hành.

Vậy tại sao tụ MLCC lại bị nứt?

Câu trả lời thường liên quan đếnứng suất cơ học, uốn cong PCB, điều kiện hàn, thay đổi nhiệt độ hoặc lựa chọn thành phần.

Bài viết này giải thích những nguyên nhân phổ biến bằng những thuật ngữ đơn giản và cung cấp những cách thiết thực để giảm thiểu rủi ro.

Crack MLCC là gì?

MLCC được làm từ nhiều lớp gốm mỏng xếp chồng lên nhau.

Vật liệu gốm mang lại hiệu suất điện tốt nhưng cũng tương đối cứng và giòn so với một số vật liệu điện tử khác.

Khi tác dụng lực cơ học quá mức lên bộ phận, một vết nứt nhỏ có thể phát triển bên trong thân gốm.

Vết nứt không phải lúc nào cũng có thể nhìn thấy được từ bên ngoài.

Đây là một lý do khiến vết nứt MLCC có thể khó xác định khi kiểm tra bằng mắt thông thường.

Một vết nứt nhỏ bên trong đôi khi có thể tạo ra đường rò rỉ dòng điện. Trong những trường hợp nghiêm trọng hơn, nó có thể dẫn đến hỏng cách điện hoặc đoản mạch.

1. PCB uốn cong là nguyên nhân phổ biến

Một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây ra nứt MLCC làuốn PCB.

Hãy tưởng tượng một tụ gốm được hàn chắc chắn vào một bảng mạch.

Nếu bo mạch bị cong, tụ điện không thể đơn giản theo chuyển động của PCB. Ứng suất cơ học được truyền qua các mối hàn tới thân gốm.

Nếu ứng suất đủ cao, lớp gốm có thể bị nứt.

Sự uốn cong PCB có thể xảy ra trong:

• lắp ráp PCB
• Depanelization
• Chèn đầu nối
• Vít buộc
• Lắp ráp sản phẩm
• BẢO TRÌ
• Xử lý

Ví dụ: nếu người vận hành ấn PCB xuống trong khi lắp đặt đầu nối, bo mạch có thể bị cong. Áp lực có thể được chuyển tới các MLCC gần đó.

Sau đó, tụ điện có thể trông bình thường nhưng có thể đã có vết nứt bên trong.

2. Việc khử bảng có thể làm hỏng MLCC

Trong quá trình sản xuất PCB, nhiều bảng mạch thường được sản xuất cùng nhau thành một bảng lớn.

Sau khi lắp ráp, các bảng riêng lẻ cần được tách ra.

Quá trình này được gọi làsự khử bảng.

Nếu tác động quá nhiều lực cơ học trong quá trình khử bảng, PCB có thể bị uốn cong hoặc rung.

Các MLCC nằm gần khu vực phân tách có thể gặp ứng suất cơ học lớn hơn.

Đây là lý do tại sao vị trí thành phần lại quan trọng.

Bất cứ khi nào có thể, các nhà thiết kế nên tránh đặt các MLCC lớn hơn hoặc nhạy cảm về mặt cơ học quá gần các khu vực mà PCB sẽ bị cắt hoặc tách rời.

3. Hàn tay có thể gây ra vấn đề

Hàn tay là một lĩnh vực khác cần được chú ý.

Nếu sử dụng mỏ hàn không đúng cách hoặc sử dụng quá lâu, linh kiện có thể bị thay đổi nhiệt độ nhanh chóng.

Vật liệu gốm không phản ứng tốt với sự chênh lệch nhiệt độ đột ngột.

Ví dụ: nếu một mặt của MLCC trở nên rất nóng trong khi mặt còn lại vẫn tương đối mát thì ứng suất nhiệt có thể phát triển bên trong bộ phận.

Điều này có thể làm tăng nguy cơ nứt.

Đối với môi trường sản xuất, việc tuân theo hồ sơ hàn được khuyến nghị của nhà sản xuất linh kiện là rất quan trọng.

4. Sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng có thể gây căng thẳng cho gốm

MLCC cũng có thể gặp căng thẳng do quá trình làm nóng và làm mát nhanh chóng.

Điều này được gọi làsốc nhiệt.

Hãy xem xét một ví dụ đơn giản.

PCB bị nóng lên trong quá trình hàn. Sau đó, nó tiếp xúc với môi trường mát hơn nhiều quá nhanh.

Các bộ phận khác nhau của thành phần và PCB có thể giãn nở hoặc co lại ở các mức độ khác nhau.

Bởi vì các điện cực gốm, kim loại, chất hàn và PCB có các đặc tính vật liệu khác nhau nên ứng suất có thể phát triển xung quanh MLCC.

Quá trình làm nóng và làm mát được kiểm soát có thể giúp giảm nguy cơ này.

5. Các gói MLCC lớn cần được chú ý thêm

Các gói MLCC lớn hơn có thể cung cấp điện dung cao hơn và các đặc tính điện hữu ích khác.

Tuy nhiên, các thành phần gốm lớn hơn cũng có thể nhạy cảm hơn với ứng suất cơ học.

Điều này không có nghĩa là MLCC lớn không phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Thay vào đó, quá trình thiết kế và lắp ráp PCB nên tính đến các đặc tính cơ học của chúng.

Thành phần càng lớn thì việc xem xét càng trở nên quan trọng:

• uốn PCB
• Vị trí thành phần
• Điều kiện hàn
• Độ dày bảng
• Phương pháp khử nhiễu
• Lực lắp ráp cơ khí

Giải pháp đúng không phải lúc nào cũng sử dụng tụ điện nhỏ hơn. Các thành phần và PCB phải được thiết kế như một hệ thống hoàn chỉnh.

6. Điều kiện hàn quan trọng

Quá trình hàn có thể ảnh hưởng đến độ tin cậy của MLCC.

Trong quá trình hàn nóng chảy lại, PCB và các bộ phận tiếp xúc với nhiệt độ cao.

Nếu quá trình gia nhiệt không được kiểm soát đúng cách, MLCC có thể gặp áp lực nhiệt quá mức.

Mối hàn không đều cũng có thể tạo ra ứng suất cơ học.

Vì lý do này, các nhà sản xuất nên tuân theo hồ sơ chỉnh lại dòng được đề xuất do nhà cung cấp MLCC cung cấp.

Các yếu tố quan trọng bao gồm:

• Tốc độ gia nhiệt
• Nhiệt độ cao nhất
• Thời gian trên chất lỏng
• Tốc độ làm mát
• Khối lượng hàn
• Thiết kế đệm

Các yêu cầu chính xác phụ thuộc vào MLCC và quy trình hàn, do đó phải tuân theo tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất linh kiện.

7. Thiết kế bo mạch có thể giảm nguy cơ nứt

Độ tin cậy của MLCC không chỉ phụ thuộc vào bản thân tụ điện.

Cách bố trí PCB cũng đóng một vai trò quan trọng.

Các kỹ sư nên xem xét vị trí đặt tụ điện và lực cơ học di chuyển qua bảng mạch như thế nào.

Ví dụ: việc đặt MLCC gần cạnh PCB, lỗ vít, đầu nối hoặc đường khử bảng có thể khiến nó phải chịu áp lực cơ học lớn hơn.

Bố cục tốt hơn có thể làm giảm mức độ căng thẳng truyền đến thành phần.

Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy lâu dài.

8. Tại sao MLCC bị bẻ khóa có thể vượt qua quá trình kiểm tra?

Đây là một câu hỏi phổ biến.

Một vết nứt nhỏ có thể nằm bên trong thân sứ và có thể không nhìn thấy được khi kiểm tra bằng mắt thông thường.

Do đó, tụ điện có thể trông hoàn toàn bình thường.

Sự cố chỉ có thể trở nên rõ ràng khi kiểm tra điện hoặc sau khi sản phẩm đã hoạt động được một thời gian.

Tùy thuộc vào vị trí và mức độ nghiêm trọng của vết nứt, thành phần có thể hiển thị:

• Dòng rò tăng
• Giảm điện trở cách điện
• Mất ổn định điện
• Lỗi ngắn mạch

Đây là lý do tại sao việc ngăn ngừa hư hỏng cơ học thường tốt hơn việc chỉ dựa vào việc kiểm tra trực quan lần cuối.

9. Các nhà sản xuất có thể giảm hiện tượng nứt MLCC bằng cách nào?

Không có giải pháp duy nhất nào phù hợp cho mọi PCB.

Tuy nhiên, một số bước thực tế có thể làm giảm rủi ro.

Sử dụng các phương pháp xử lý PCB phù hợp

Tránh nhấn, uốn hoặc xoắn PCB một cách không cần thiết trong quá trình lắp ráp.

Người vận hành nên xử lý bo mạch cẩn thận, đặc biệt là sau khi MLCC đã được hàn.

Xem lại vị trí thành phần

Tránh đặt MLCC nhạy cảm ở những khu vực mà PCB chịu áp lực cơ học cao.

Đặc biệt chú ý đến:

• cạnh PCB
• Khu vực kết nối
• Lỗ vít
• Dây chuyền khử màu
• Điểm cố định bảng

Kiểm soát quá trình Reflow

Sử dụng hồ sơ hàn được đề nghị. Tránh làm nóng quá mức hoặc thay đổi nhiệt độ nhanh chóng.

Xem lại phương pháp khử bảng

Nếu vấn đề nứt xuất hiện sau khi tách PCB, hãy xem lại quá trình khử bảng. Phương pháp cắt, hướng cắt, tình trạng dụng cụ và vị trí bộ phận đều có thể ảnh hưởng đến ứng suất cơ học.

Xem xét MLCC chấm dứt mềm

Đối với các ứng dụng có yêu cầu độ tin cậy cơ học cao hơn, các kỹ sư có thể xem xét MLCC vớichấm dứt mềmhoặc các cấu trúc chấm dứt linh hoạt.

Những thiết kế này có thể giúp giảm ứng suất cơ học truyền từ PCB sang thân gốm.

Hiệu suất chính xác phụ thuộc vào cấu trúc sản phẩm và thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.

10. Cách xác định sự cố bẻ khóa MLCC có thể xảy ra

Nếu xảy ra lỗi liên quan đến MLCC sau khi lắp ráp PCB, đừng cho rằng bản thân tụ điện bị lỗi ngay lập tức.

Quá trình lắp ráp cũng cần được nghiên cứu.

Một quy trình khắc phục sự cố hữu ích là:

Bước 1: Xác định thời điểm xảy ra lỗi.
Sự cố có xuất hiện sau khi chỉnh lại dòng, khử bảng, thử nghiệm hoặc lắp ráp cuối cùng không?

Bước 2: Kiểm tra vị trí thành phần.
Các MLCC bị lỗi có tập trung gần các đầu nối, cạnh bo mạch, ốc vít hoặc khu vực cắt không?

Bước 3: So sánh các lô PCB khác nhau.
Nếu lỗi tăng đột ngột trong một đợt sản xuất, hãy kiểm tra xem quy trình lắp ráp có thay đổi hay không.

Bước 4: Thực hiện kiểm tra điện.
Kiểm tra các thông số như điện trở cách điện và dòng điện rò rỉ.

Bước 5: Kiểm tra các linh kiện bị lỗi.
Có thể cần phải kiểm tra bằng kính hiển vi và các phương pháp phân tích hư hỏng khác để xác định các vết nứt bên trong.

Quá trình này giúp phân biệt vấn đề về chất lượng thành phần với vấn đề lắp ráp PCB.

11. Bạn nên hỏi nhà cung cấp MLCC điều gì?

Nếu bạn mua MLCC cho một ứng dụng có độ tin cậy cao, bạn nên hỏi nhà cung cấp nhiều thông tin hơn ngoài điện dung và điện áp.

Bạn có thể hỏi:

• Kích thước gói có sẵn là gì?
• Phạm vi nhiệt độ nào được hỗ trợ?
• Sản phẩm có phù hợp cho các ứng dụng ô tô hoặc công nghiệp không?
• Chấm dứt mềm có sẵn không?
• Hồ sơ hàn nào được khuyến khích?
• Những bài kiểm tra độ tin cậy được thực hiện?
• Nhà cung cấp có thể cung cấp mẫu để đánh giá không?
• Những thủ tục kiểm soát chất lượng nào được sử dụng trong quá trình sản xuất?

Một nhà cung cấp tốt phải có khả năng cung cấp thông tin kỹ thuật rõ ràng thay vì chỉ báo giá.

Câu hỏi thường gặp

MLCC có thể hoạt động bình thường sau khi bị crack không?

Nó có thể tiếp tục hoạt động trong một thời gian, tùy thuộc vào vị trí và mức độ nghiêm trọng của vết nứt. Tuy nhiên, thân gốm bị nứt có thể làm giảm độ tin cậy lâu dài và có thể dẫn đến sự cố về điện.

Các MLCC lớn hơn có dễ bị nứt hơn không?

Các gói MLCC lớn hơn có thể nhạy cảm hơn với ứng suất cơ học. Tuy nhiên, vết nứt phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm thiết kế PCB, kết cấu linh kiện, điều kiện lắp ráp và cách xử lý.

Hàn nóng chảy lại có thể gây nứt MLCC không?

Đúng. Điều kiện sưởi ấm hoặc làm mát không thích hợp có thể tạo ra ứng suất nhiệt. Tuân theo hồ sơ hàn được khuyến nghị có thể giúp giảm thiểu rủi ro.

Việc uốn cong PCB có thể làm hỏng MLCC không?

Đúng. Sự uốn cong của PCB là một trong những nguyên nhân cơ học quan trọng gây ra hiện tượng nứt MLCC, đặc biệt khi tụ điện nằm ở khu vực có ứng suất cao.

Làm cách nào để giảm hiện tượng nứt MLCC trong quá trình lắp ráp PCB?

Bắt đầu bằng cách kiểm soát việc xử lý PCB, vị trí thành phần, khử bảng và các điều kiện hàn. Đối với các ứng dụng có yêu cầu cơ học cao hơn, các cấu trúc MLCC chuyên dụng như đầu cuối mềm cũng có thể được xem xét.

Phần kết luận

Vết nứt MLCC thường không chỉ do một yếu tố gây ra.

Tụ điện, thiết kế PCB, quy trình hàn, lắp ráp cơ khí và phương pháp xử lý đều có thể ảnh hưởng đến độ tin cậy cuối cùng của linh kiện.

Tin tốt là nhiều vấn đề về nứt có thể được giảm bớt bằng cách xác định sớm ứng suất cơ học và cải thiện quy trình lắp ráp PCB.

Khi chọn MLCC, đừng chỉ nhìn vào điện dung, điện áp và giá cả. Hãy xem xét tụ điện sẽ được lắp đặt, xử lý, hàn và sử dụng như thế nào.

Một thiết kế MLCC tốt không chỉ là việc lựa chọn các thông số kỹ thuật điện phù hợp. Nó còn nhằm đảm bảo thành phần có thể tồn tại trong điều kiện thực tế của thành phẩm.