Penampang kapasitor keramik

Saya mencoba membuat analisis kesalahan dari sekelompok kapasitor keramik.

Deskripsi singkat aplikasi:

10 220 μF keramik kapasitor paket 1210 ditempatkan secara paralel dengan baterai 3,6 V. MCU bangun secara berkala (maksimum sekali per menit) dan menarik arus (puncak maksimum 10-15 mA selama beberapa milidetik). Total waktu sebelum kembali ke daya tidur sangat rendah adalah 130 ms. Kapasitor seharusnya memiliki energi yang cukup untuk menutupnya tanpa jatuh di bawah 1,6 V (tegangan suplai minimum untuk MCU).

Ini diperlukan karena suhu pengoperasian rendah, dan baterai tidak dapat menghasilkan. Baterai memiliki cukup waktu untuk mengisi ulang kapasitor saat MCU tidur.

Saya mencurigai celana pendek di kapasitor. Karena:

Baterai telah terkuras sangat cepat pada beberapa PCB saya
Dari apa yang saya baca kapasitor keramik, terutama dalam paket besar, sensitif terhadap tekanan mekanik dan dapat retak, menyebabkan celana pendek

Untuk melihat ini untuk diri saya sendiri, saya telah berusaha membuat penampang, tetapi saya kesulitan memahami apa yang saya lihat.

Bagaimana saya membuat penampang:

Menggunakan dremel untuk memotong sudut PCB di mana kapasitor ditempatkan
Membentuk PCB yang terpotong dalam lem epoksi untuk memudahkan penanganan
Menggunakan mata gergaji berlian bundar untuk membuat penampang kira-kira di tengah kapasitor (memanjang)
Gerinda basah dan poles hingga 1 mikron dan kemudian 1 μ film lapping

Saya mengulangi ini pada dua PCB.

Ada 3 kapasitor yang bersebelahan:

Di sini Anda dapat melihat perbedaan warna antara kapasitor, kanan atas dan tengah bawah berwarna lebih gelap. Tapi seperti yang Anda lihat, tidak dalam posisi yang sama.

Saya tidak punya cukup tenaga untuk menambahkan semua gambar. Saya akan berkomentar tautan ke semua gambar. Sangat menghargai jika seseorang dapat mengedit dan menambahkan gambar ke pos.

Yang berwarna lebih gelap (kanan atas, bawah tengah) terlihat seperti ini dari dekat. ketiga

Hampir seperti apa yang saya harapkan dari kapasitor keramik. Setidaknya Anda bisa melihat semacam pelapisan. Tetapi lapisan-lapisan itu tidak solid seperti yang saya harapkan. Apakah ini kerusakan yang disebabkan oleh penggilingan dan pemolesan?

Jarak antar lapisan adalah 2 μm.

Yang berwarna cerah terlihat seperti ini: keempat kelima

Apa ini?! Bisakah misalnya arus tinggi menyebabkan lapisan mencair bersama seperti ini? Atau dapatkah ini juga disebabkan oleh penggilingan dan pemolesan saya?

Di sini kita bisa melihat gelembung udara di solder. Tapi jaraknya dekat ke dasar, apakah itu kerusakan yang disebabkan oleh tekanan mekanis?

keenam

Saya kemudian mencoba menggiling dan memoles sedikit lebih jauh ke dalam kapasitor. Itu terlihat persis sama. Jika keanehan yang aneh dan / atau lapisan yang pecah disebabkan oleh penggilingan dan pemolesan saya berharap bahwa karakteristiknya akan berubah. Misalnya, yang bergelombang sekarang telah memecah lapisan, dan sebaliknya.

Kapasitor yang tepat digunakan adalah Taiyo Yuden JMK325ABJ227MM-T

capacitor analysis

— Filippa
sumber

"Saya mencurigai celana pendek di kapasitor." harus mudah diuji dengan multimeter. Juga Anda pergi ke beberapa upaya melihat ke dalam topi, Anda bisa menggunakan yang sehat dikenal sebagai perbandingan.

— PlasmaHH

terutama jika Anda mencurigai high pendek yang tinggi, kesalahan (jika terlihat sama sekali) mungkin tidak berada di lapisan yang diampelas. Tapi tetap saja di sana Anda bisa mengukur dengan multimeter, Anda hanya perlu menunggu beberapa saat sampai tenang. Atau Anda menerapkan voltase dan mengukur arus bocor secara langsung jika itu lebih dari yang Anda inginkan.

— PlasmaHH

Sekarang saya lebih ingin tahu untuk penjelasan tentang struktur melingkar dan seperti lanskap yang aneh pada gambar 4 dan 5

— Filippa

+1 untuk kualitas luar biasa dari struktur, konten, dan fotografi. Sebuah pertanyaan luar biasa.

— Wossname

Pola bergelombang terlihat seperti Anda entah bagaimana berhasil mengiris tutup sejajar dengan lapisan. Anda melihat keresahan karena pesawat-pesawat itu sejajar sempurna, dan proses Anda juga tidak sejajar dengan pesawat-pesawat itu. Jika tutup ini berbentuk persilangan, maka itu adalah lemparan ke arah mana mereka disolder ke papan tulis.

— Olin Lathrop

Jawaban:

Bagi saya sepertinya penggilingan / pemolesan telah dilakukan dengan cukup baik (dengan lebih hati-hati Anda dapat memiliki lebih sedikit goresan), dan Anda sedang melihat gambar yang akurat dan tidak rusak dari penampang kapasitor.

Gambar "gelap" kurang lebih seperti yang saya harapkan untuk melihat dari kapasitor memotong bidang elektroda. Elektroda logam dalam matriks keramik yang lebih gelap. Untuk kapasitor bernilai lebih rendah, saya berharap untuk melihat garis paralel yang lebih tebal, tetapi untuk garis menjadi sedikit bergelombang dan rusak bukan kejutan besar. Saya berharap ini hasil dari langkah-langkah khusus yang telah mereka ambil untuk mendapatkan kapasitansi yang sangat tinggi dalam sebuah paket kecil. Mungkin kombinasi elektroda kotak daripada pesawat, dan meremas / membentuk keramik setelah membangun lapisan tetapi sebelum penembakan akhir untuk mendapatkan lapisan lebih tipis.

Gambar "pucat" kurang lebih seperti yang saya harapkan untuk kapasitor yang dibelah sejajar dengan bidang elektroda. Dengan asumsi Anda telah menggunakan penggiling metalografi (terlihat seperti itu) maka bidang bagian Anda datar, tetapi elektroda tidak. Jadi Anda mendapatkan fitur seperti kontur di mana elektroda melintasi bidang bagian.

Saya ragu Anda akan menemukan kebocoran pada gambar-gambar ini. Tempat lain untuk dilihat:

Periksa lembar data untuk mengetahui resistensi yang diharapkan. Apakah setinggi yang Anda pikirkan? Periksa kondisi yang diberikan dalam lembar data, lihat apakah lingkungan Anda cenderung memperburuknya.
Periksa batch kapasitor baru untuk melihat apa resistansi itu
Periksa sekelompok kapasitor dari pengembalian garansi Anda untuk melihat apakah kapasitansi atau resistansi telah berubah.
Ukur resistensi pada PCB Anda sebelum perakitan (harus bagus dan tinggi)
Ukur resistansi pada PCB yang lengkap (mungkin tanpa MCU). Cari bukti fluks yang belum dibersihkan dengan cukup baik dan bisa mengurangi resistensi.

— Jack B
sumber

Oh! Ini menjelaskan semuanya! Silakan memperluas jawaban Anda dengan lebih detail tentang pengembangan dan struktur MLCC. Apa yang Anda katakan tentang analisis kegagalan ini, misalnya? Apakah mereka sangat beruntung menemukan kesalahan ini menggunakan metode ini? gideonlabs.com/posts/failure-analysis-mlccs , gideonlabs.com/posts/… , gideonlabs.com/posts/leakage-current-mlcc-pcb

— Filippa

Analisis tersebut menunjukkan delaminaton dan keretakan yang terlihat akrab bagi saya, bukan dari MLCC, tetapi dari piezo, yang sebenarnya merupakan bahan dan konstruksi yang sangat mirip. Saya tidak melihat hal serupa di gambar Anda, yang saya maksudkan dengan mengatakan saya tidak berpikir Anda akan menemukannya. Kerusakan bisa sangat kecil dan terlokalisasi, jadi Anda mungkin tidak perlu melihatnya pada satu bagian. Untuk mendapatkan gambar-gambar itu, mereka mungkin harus meng-ground seluruh kapasitor 50um sekaligus, dan mengambil gambar terbaik untuk penulisan.

— Jack B

Saran saya kepada Anda adalah untuk mengambil beberapa topi dari papan yang gagal dan benar-benar mengukurnya, dan membandingkannya dengan yang baru. Hanya jika Anda yakin tutupnya telah terdegradasi maka saya akan menghabiskan banyak waktu untuk memotong dan memeriksa. Dan jika Anda menuruni rute itu, Anda mungkin perlu mengambil banyak bagian untuk menemukan kerusakan. Yang kedua di tautan Anda adalah kegagalan yang sangat parah. Saya berharap bahwa untuk memiliki resistensi hanya beberapa ohm. Itu mungkin terlihat di setiap bagian, yang lain tidak begitu banyak.

— Jack B

Inspeksi visual mungkin kehilangan beberapa jenis cacat: jika kapasitor ini menggunakan metalisasi timah, oksida timah bersifat konduktif dan transparan.

— Whit3rd

Saya menganggap tujuan dari latihan ini adalah untuk sumber kapasitor yang OK.

Kecuali jika Anda membeli gazillions hal-hal, dan akan memiliki pengaruh pembelian untuk membuat produsen mendengarkan, melakukan analisis fisik kapasitor tidak akan memajukan Anda di sepanjang jalan untuk bisa mendapatkan bagian yang baik, bahkan jika Anda dapat menemukan apa yang salah dan bagaimana mengubah proses pabrikan.

Pertama, identifikasi semua produsen kapasitor yang berbeda. Kemudian beli beberapa sampel kapasitor yang cocok dari masing-masing. Ukur kebocoran mereka sebelum menyolder. Solder ke papan dan ukur kebocorannya. Identifikasi nomor bagian tertentu yang boleh dibeli, atau tidak boleh dibeli, sebagai hasil dari pengujian ini. Kemudian pertahankan nomor bagian yang baik.

Peringatan, pengukuran kebocoran sulit dilakukan dengan baik, tunggu cukup lama, periksa arus parasit seperti DMM dan arus input penguat, pastikan kontaminan permukaan tidak membuat papan bocor.

220uF banyak untuk kapasitor SMD. Anda mungkin mendapatkan hasil yang lebih baik dengan menggunakan rasio kapasitansi / volume yang kurang ekstrim, bahkan jika itu berarti menggunakan lebih banyak bagian. Produsen menggunakan keramik yang berbeda untuk rasio C / V yang berbeda, dan Anda mungkin menemukan bahwa kebocoran telah dikorbankan untuk kapasitas dalam rasio ukuran tertentu yang Anda beli. Perhatikan bahwa sebutan seperti X7R, Y5U dll tidak mengidentifikasi keramik, hanya spesifikasi tempco dan toleransi. Mereka tidak mengidentifikasi voltco (fitur yang sangat buruk dari keramik rasio C / V tinggi) dan juga tidak akan mengidentifikasi spesifikasi kebocoran.

— Neil_UK
sumber

Pada titik ini, ini lebih merupakan eksperimen karena penasaran dan ingin memahami. Sangat menyenangkan menggunakan beberapa peralatan keren yang tidak sering Anda gunakan

— Filippa

@Filippa pergi untuk itu, tapi saya ragu Anda akan melihat sesuatu yang menyebabkan perbedaan kebocoran. Saya juga cukup tertarik untuk melihat seperti apa mereka di dalam. Saya kira bergelombang karena mungkin menggunakan teknik 'puff-pastry' untuk mendapatkan lapisan yang sangat tipis? Tetapi perhatikan jenis keramiknya dengan sangat serius, ini bervariasi ketika mereka mencoba menjejalkan lebih banyak UF ke dalam jejak yang sama, dan kompromi akan dilakukan.

— Neil_UK

Tetapi karena beberapa kapasitor memiliki gelombang yang aneh, sementara yang lain tidak ... Terasa seperti rusak entah bagaimana

— Filippa

Menggunakan alat kapasitor TDK, kapasitansi efektif pada 3.6V dapat diharapkan tidak lebih tinggi dari 100 uF untuk perangkat ini. product.tdk.com/info/en/products/capacitor/ceramic/mlcc/…

— Peter Smith