采用三明治结构设计大幅度提高MLCC产品应用可靠性

时间：2014-04-04

　　一、前言

　　潮州三环（集团）股份有限公司地处广东省潮州市，目前公司产业基地占地面积18万平方米，厂房面积11万平方米，现有员工2500名，各类技术人员200名，总资产人民币4.5亿元。公司是我国生产全系列片式多层陶瓷电容器（MLCC）；HIC和片式电阻用氧化铝陶瓷基片，光纤连接器陶瓷插芯，微波介质陶瓷器件，塑封片式电感器，各种膜类固定电阻器，电阻陶瓷基体等基础电子元器件产品的品牌厂家。近年来，公司先后承担完成多项国家、省级科研项目，研发了多项高新技术产品，创新了一大批光、机、电一体化的高专用设备，多项科研成果荣获广东省科技进步奖，公司先后被认定为和广东省高新技术企业，国家863成果产业化基地、广东省批创新型企业。

　　潮州三环（集团）股份有限公司研发生产的主打系列产品--片式多层陶瓷电容器（MLCC）具有体积小、高、重量轻、稳定性好等特点，目前广泛应用于手机、平板电脑、电脑主板、PCB控制板等各类IT电子信息设备和产品。

　　但是，片式多层陶瓷电容器（MLCC）产品因其陶瓷材料本身较脆，在产品应用过程中常常会因作业不当，出现产品漏电、无容值、短路甚至烧毁等技术质量问题，潮州三环（集团）股份有限公司的科技人员经过长期对该类问题的跟踪分析，确认导致以上不良的失效模式均为产品断裂。

　　二、片式多层陶瓷电容器（MLCC）失效模式分析

　　失效机理

　　产品断裂的主要原因是产品应用时受到了弯曲应力的作用，使得产品形成微裂纹并随时间或二次应力扩展，终断裂。

　　近些年，客户均已发现产品断裂可以通过PCB的设计以及制程的管控来避免其发生。但仍存在一些产品在使用中发现有小比例的断裂问题，而这些产品大多是X7R材质的小容值产品。而X7R小容值产品易断裂的根本原因是其机械强度较差。

　　产品强度对比

　　根据以上机械强度对比图可看出，X7R小容值产品机械强度较差，而COG材质均很优异。但COG材质因其介电常数极低，仅能制备容值较低的产品，且因材料较贵而不适宜替代同规格X7R产品。

　　三、常用改善方法

　　针对X7R小容值产品断裂问题，常采用：

　　①增加产品厚度；

　　②增加产品内部层数；

　　③更改强度更高的材料等3个方向来改善产品强度，以提高产品的生产适应性，但从抗弯曲对比图看，增加产品厚度和层数对产品的抗弯曲改善幅度较小，且因小容值产品本身容量低，层数增加空间有限。

　　四、新型改善方法

　　而通过更改材料来提高产品机械强度显然是有效的方法。

　　我司通过近几年在材料方面的不断研究，终研制出一种高介电常数的材料，但是纯粹用此材料所制成的产品成本高且容值范围小。为更好的推进该项工作的改良，公司项目组提出在产品上下表面增加高强度的陶瓷体来提高整体产品强度的设想，终在 2012年11月我司已确认该方法的可行性，并于2013年的5月初完成对产品的各项性能的验证，此新型设计方式可大幅度增加0603X7R104K、0805X7R104K及以下容值产品的机械强度，我公司将此新型产品命名为三明治结构产品。