如何避免贴片电容产生裂纹

电子电路中的贴片电容,尽管看似简洁明了,但在实际应用中,设计师、生产者和工艺专家对其理解依然存在不足。有些公司对贴片电容的应用存在误区,认为其是简单的元件,因此对工艺要求不高。然而,事实上,贴片电容是一种脆弱的元件,使用时需要特别注意。本文将探讨贴片电容在应用中的一些问题和注意事项。

随着技术的发展,现在的贴片电容可以制造成多层甚至上千层,每层厚度仅为微米级别。因此,即使是微小的变形,也可能导致裂纹的出现。在相同材质、容量和耐压条件下,体积越小的电容,每层介质越薄,因此越容易断裂。裂纹可能导致漏电和严重时的内部层间短路等安全问题。此外,裂纹有时隐蔽,在出厂检验中可能难以发现,只有在客户端才会显现。因此,防止贴片电容产生裂纹具有重要意义。

当贴片电容受到温度冲击时,焊端容易产生裂纹。相对而言,小尺寸的电容比大尺寸的电容更能承受温度冲击,原因在于大尺寸电容的导热速度较慢,导致不同部位温差较大,产生应力不均。这个道理就如同在倒开水时,较厚的玻璃杯比薄玻璃杯更容易破裂。此外,在贴片电容焊接后的冷却过程中,由于贴片电容和PCB的膨胀系数不同,产生应力,进而导致裂纹的产生。为避免这个问题,回流焊时需要使用良好的焊接温度曲线。如不使用回流焊而采用波峰焊,这种失效风险将大大增加。对于贴片电容,更应避免使用手工烙铁焊接。

尽管现实情况并非总是理想,但手工烙铁焊接有时仍无法避免。例如,当进行PCB外发加工时,由于某些产品数量较少,贴片外协厂商可能不愿接受这类订单,只能采用手工焊接;在进行样品生产时,通常也需要采用手工焊接;在返工或补焊的特殊情况下,也必须进行手工焊接;在维修电容器时,同样需要进行手工焊接。无法避免进行手工焊接贴片电容时,必须高度重视焊接工艺。

首先,要告知工艺和生产人员关于电容器热失效问题,让他们在思想上高度重视。其次,必须由经验丰富的专门工人进行焊接。还需要严格要求焊接工艺,例如必须使用恒温烙铁,烙铁温度不得超过315°C(以防止生产工人过于急躁而提高焊接温度),焊接时间不得超过3秒,选择适合的焊接剂和锡膏,首先清洁焊盘,不得使贴片电容受到大的外力,注意焊接质量等。最佳的手工焊接方法是先让焊盘上锡,然后使用烙铁使锡融化于焊盘上,此时再放置电容,整个过程中烙铁只接触焊盘而不接触电容(可以靠近但不直接接触),然后类似地进行另一端的焊接(通过加热焊盘上的镀锡垫层而不是直接加热电容)。

机械应力也容易导致贴片电容产生裂纹。由于电容为长方形(与PCB平行),且焊端为短边,因此较长边在受力时容易出现问题。因此,在进行排板时必须考虑受力方向,例如分板时的变形方向与电容方向之间的关系。在生产过程中,应尽量避免在可能引起较大形变的PCB区域放置电容。例如,PCB的定位铆接、单板测试时的测试点机械接触等都可能导致形变。此外,半成品的PCB板也不能直接堆叠。

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