Étude sur le test de résistance du revêtement du placage d'extrémité et la fiabilité du MLCC

Vices cachés : apparition et impact des fissures

Au cours du processus d'utilisation quotidienne ou d'assemblage et de réparation, le circuit imprimé à l'intérieur de l'équipement sera inévitablement affecté par diverses contraintes mécaniques, notamment les contraintes de flexion. La flexion de la carte de circuit imprimé provoque le transfert de la force au condensateur céramique multicouche monté en surface par le biais de la soudure. Ces forces sont concentrées au bas du condensateur, mais le matériau céramique est dur, inélastique et fragile.

Lorsque la force de flexion est suffisamment importante, le matériau céramique situé sous le condensateur se fissure (voir Figure 1).

Fig. 1 Diagramme schématique d'une fissure céramique provoquée par une flexion typique

La fissure commence généralement par le bas du condensateur et s'étend dans la céramique selon un angle de 45 degrés. Il se termine généralement à l'électrode d'extrémité, ou il peut continuer à s'étendre jusqu'au sommet de la céramique, puis se terminer. Cette fissure peut provoquer la séparation de toute l’extrémité du condensateur céramique du corps principal. Une fois la fissure survenue, les paramètres électriques du condensateur peuvent ne pas changer de manière significative. Au cours des prochaines heures, jours, voire semaines, il peut toujours conserver la même capacité, la même tangente de perte ou l'ESR (résistance série équivalente) qu'auparavant, mais la génération de fissures constitue une base pour de futurs défauts électriques. La génération de fissures peut provoquer une pénétration continue de la vapeur d'eau et des ions dans le condensateur au cours du temps suivant. Une fissure très « serrée » peut mettre plus de temps à se transformer en défaut électrique. Si la pièce défectueuse est exposée à un courant élevé, un échauffement local sera généré à l'intérieur de la fissure, ce qui entraînera la défaillance du condensateur et l'ensemble du circuit finira par tomber en panne.

Afin d'évaluer la capacité de flexion des condensateurs céramiques, le test de force de liaison du revêtement d'extrémité est largement utilisé dans la recherche sur la fiabilité des condensateurs.

Méthode d'essai pour la force de liaison du placage d'extrémité

Le test de résistance de liaison du placage d’extrémité est également appelé test de flexion du substrat. Avant le test, le condensateur est installé au centre d'un circuit imprimé spécifique. En prenant GB/T 2693-2001 comme exemple, l'échantillon de test doit être installé sur un panneau imprimé en verre sérigraphié époxy d'une longueur de 100 mm et d'une épaisseur de 1,6 mm.

Le test de force de liaison du placage d’extrémité comprend généralement les étapes suivantes :

1) Placez le PCB dans le dispositif de test de flexion avec le condensateur orienté vers le bas et testez la capacité C0 avant le test lorsque le PCB est à l'état horizontal ;

2) L'outil de pliage peut faire en sorte que la profondeur de pliage (d) atteigne 1 mm à la vitesse de 1 mm/s ± 0,5 mm/s pour maintenir l'état de pliage du circuit imprimé pendant 20 s ± 1 s (voir Fig. 2). ;

3) Testez la capacité C après le test dans l'état de flexion de la carte de circuit imprimé et surveillez les paramètres électriques de l'ensemble de l'état de flexion si nécessaire ;

4) Réinitialisez le dispositif de test de flexion pour restaurer la carte de circuit imprimé de l'état de flexion et retirez-la du dispositif de test ;

5) Vérifiez l'apparence de l'échantillon de test.

Fig. 2 appareil d'essai de flexion

Lorsque la méthode de pliage étape par étape est utilisée pour trouver la limite de la capacité de pliage de l'échantillon d'essai, l'outil de pliage peut faire en sorte que la profondeur de pliage (d) atteigne 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm et 5 mm. respectivement à la vitesse de 1 mm/s ± 0,5 mm/s, et l'état de flexion du circuit imprimé peut être maintenu pendant 20 s ± 1 s lorsque la profondeur est atteinte, puis la capacité est testée.

Modèle mécanique de test de force de liaison du placage d'extrémité

L'analyse des contraintes de la plaque de base d'essai montre que la plaque de base est principalement affectée par la force d'appui fournie par les supports des deux côtés et par la pression P exercée par l'outil de pliage. Dans le test réel, la largeur de l'outil de pliage et du support du dispositif de test est supérieure de 20 mm à la largeur de la plaque de base de test, et la plaque de base ne sera pas affectée par le couple. Par conséquent, le modèle est considéré comme un modèle de flexion en trois points bidimensionnel, comme le montre la figure 3.

Figure 3. Modèle de flexion 3 points du substrat de test

Phénomènes expérimentaux et analyse des résultats

Grâce à l'analyse des résultats des tests de résistance de liaison du revêtement d'extrémité, il apparaît qu'il existe trois situations principales entre le taux de changement de capacité (c-c0) / C0 et la profondeur de flexion (d) : comme le montre la figure 4. :

1. Avec l'augmentation progressive de la profondeur de pliage (d), le taux de changement de capacité ne change paschanger de manière significative. Après avoir atteint une certaine profondeur, le taux de changement de capacité diminue fortement. Lorsque le substrat de test est à nouveau restauré à l'état plat, le taux de changement de capacité diminue rapidement, la capacité est restaurée ;

2. À mesure que la profondeur de courbure (d) augmente, le condensateur tombe en panne. Lorsque le substrat de test est restauré à l'état plat, la capacité ne se rétablit pas ;

3. Avec l'augmentation de la profondeur de pliage (d), le taux de changement de capacité ne change pas de manière significative.

Fig. 4 Relation entre la profondeur de réduction et la capacité du test de résistance à l'adhérence du placage d'extrémité

Pendant le test, en raison des fissures dans le matériau céramique du condensateur, accompagnées de la fracture de certaines électrodes, cela peut temporairement provoquer une certaine perte de capacité, de sorte que le taux de changement de capacité diminue. Cependant, une fois la contrainte éliminée, les électrodes peuvent être « combinées » et lorsque les électrodes sont à nouveau connectées, la capacité perdue sera restaurée. Dans de nombreux cas, notamment lorsque la profondeur de flexion (D) est faible, les fissures provoquées par l'essai ne peuvent pas être évaluées par inspection visuelle ou par essai de performance électrique. Nous considérons ces fissures comme des vices cachés. Après le test de résistance de liaison du revêtement final, le test de séquence climatique peut évaluer davantage si le scellement de l'échantillon de test est endommagé et évaluer davantage l'impact de ces défauts cachés sur la fiabilité du MLCC.