KA_IX

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MLCC电容失效原因及失效分析

2021-3-10 17:13:49 显示全部楼层
MLCC失效原因
在产品正常使用情况下,失效的根本原因是MLCC 外部或内部存在如开裂、孔洞、分层等各种微观缺陷。这些缺陷直接影响到MLCC产品的电性能、可靠性,给产品质量带来严重的隐患。
外部因素:裂纹
1.温度冲击裂纹(Thermal Crack)
主要由于器件在焊接特别是波峰焊时承受温度冲击所致,不当返修也是导致温度冲击裂纹的重要原因。
2. 机械应力裂纹(Flex Crack)
MLCC的特点是能够承受较大的压应力,但抵抗弯曲能力比较差。器件组装过程中任何可能产生弯曲变形的操作都可能导致器件开裂。常见应力源有:贴片对中,工艺过程中电路板操作;流转过程中的人、设备、重力等因素;通孔元器件插入;电路测试、单板分割;电路板安装;电路板定位铆接;螺丝安装等。该类裂纹一般起源于器件上下金属化端,沿45℃角向器件内部扩展。该类缺陷也是实际发生最多的一种类型缺陷。
内部因素:空洞、裂纹、分层
1.陶瓷介质内空洞 (Voids)
导致空洞产生的主要因素为陶瓷粉料内的有机或无机污染,烧结过程控制不当等。空洞的产生极易导致漏电,而漏电又导致器件内部局部发热,进一步降低陶瓷介质的绝缘性能从而导致漏电增加。该过程循环发生,不断恶化,严重时导致多层陶瓷电容器开裂、爆炸,甚至燃烧等严重后果。
2.烧结裂纹 (Firing Crack)
烧结裂纹常起源于一端电极,沿垂直方向扩展。主要原因与烧结过程中的冷却速度有关,裂纹和危害与空洞相仿。
3.分层 (Delamination)
多层陶瓷电容器(MLCC)的烧结为多层材料堆叠共烧。烧结温度可以高达1000℃以上。层间结合力不强,烧结过程中内部污染物挥发,烧结工艺控制不当都可能导致分层的发生。分层和空洞、裂纹的危害相仿,为重要的多层陶瓷电容器内在缺陷。
检测方法
对于外部缺陷,通常采用显微镜下人工目测法或自动外观分选设备。而内部微小缺陷一直是MLCC检测的难点之一,它严重影响到产品的可靠性,却又难以发现。超声波探伤方法能够更精确地检测出MLCC内部的缺陷,从而分选出不良品,提高MLCC的击穿电压与高压可靠性。
关于超声波探伤仪
利用超声波的穿透与反射(表面波和底波)的特性来检测物体中的缺陷。采用超声波探伤仪能准确地找出有缺陷的MLCC 产内部微缺陷,并且能够确定缺陷的位置,进一步的磨片分析,对于发现有内部缺陷的产品则采用整批报废处理,表明了超声波探伤方法在MLCC内部缺陷的检测、判定上的有效性与可靠性。

正常样品:样品扫描照片整体颜色为绿黄色,表示样品本体显示正常。部分样品边缘出现红蓝色,是由于样品边缘表面高度不均匀造成,属于正常现象。
异常样品:样品本体颜色会出现红蓝色,则会再次对可疑样品进行扫描确认。

(超声波扫描后的样品成像如图)
其他元器件及IC产品失效分析
不止MLCC失效分析,富士康检测创新中心的专业实验室还可以对其他电子元器件及IC产品进行失效分析。检测创新中心强大的电子元器件验证应用数据库、产品生产制造支持以及世界一流大厂原厂技术支持等诸多优势,为您提供专业的电子元器件分析和验证支持服务。
失效分析对产品的生产和使用都具有重要的意义,通过分析工艺废次品、早期失效、试验失效、中试失效以及现场失效的样品,确认失效模式、分析失效机理,明确失效原因,最终给出预防对策,减少或避免失效的再次发生。
常见的IC失效模式
失效模式:静电损伤、金属电迁移、芯片粘结失效、过电应力损失、金属疲劳、热应力、电迁移失效、物理损伤失效、塑料封装失效、引线键合失效
失效分析方法

01
电特性测试:通常应用于失效分析初步阶段,目的是通过掌握样品电参数或功能失效状况,方便为进一步分析作准备。

02
观察量测:通过观察IC外部/内部外观&结构,确认IC异常位置及具体状况。该类测试一般与DPA(即破坏性物理分析)结合使用。

03
DPA破坏性测试:通过液体侵蚀、机械破坏、激光切割等破坏方式,对IC内部具体失效位置进行定位及呈现。

04
可靠度测试:是通过使用各种环境试验设备,模拟气候环境中的高温、低温、高温高湿以及温度变化等情况,验证IC寿命及性能稳定性。
  • 外观丝印尺寸比对
  • 电性测试比对
  • 化学开封芯片比对
  • X-RAY内部结构比对
  • 切片结构及材料成分比对
信号完整性量测
  • 高速串行信号量测
  • USB3.1&PCle3.0/PD
  • 视频信号量测
  • VGA/DVI、LVDS/MIPI、HDMI
  • 并行总线信号量测
  • 低速信号量测

元器件失效分析
  • 超声波扫描分析
  • 功能/参数分析
  • 2D/3D/5D X-RAY探测
  • 化学开封芯片表面观察
  • 高倍观测(3D&SEM)

可靠性测试
  • 温湿度加速老化
  • 寿命老化测试
  • SMT制程能力评估
  • 机械冲击试验
  • 混合气体测

ESD抗静电分析
  • ESD-HBM测试
  • ESD-MM测试
  • Latch-up 测试
  • 系统级ESD测试
  • ESD保护元器件性能评

电磁兼容/安规性能测试
  • 辐射干扰(RE,10m/3m)
  • 传导干扰(CE)
  • 电磁辐射耐受测试(RS)
  • 传导耐受测试(CS)
  • 电性快速脉冲耐受测试(EFT)
  



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