MLCC 老化说明
易容网-MLCC讲解
易容MLCC讲解
2014.12.10 制作：赵志刚
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单点突破
简单
专注陶瓷电容商务平台
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MLCC 诞生于20 世纪60 年代，最先由美国公司研制成功。20 世纪90 年代以来，在电子信息产业日新月异、信息产品“轻薄短小”的发展 趋势下，全球MLCC市场需求不断增长，MLCC 已成为电容器市场中 最为主流的产品。
易容主要代理的MLCC生产商
日本：京瓷(KYOCERA)、村田（MUTATA)、丸和（ Maruwa） 、 TDK 、 太阳诱电（TAIYO). 韩国：三星(SAMSUNG). 台湾：达方(DARFON)、禾伸堂(HEC)、国巨(YAGEO)、华新科 (WALSIN). 大陆：宇阳(EYANG)、风华高科(FENGHUA). 其他：基美(KEMET) 、 AVX .
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MLCC的可靠性测试
容值测量 DF测试 IR测试 耐电压测试 容量温度特性（TCC.) 可焊性 耐焊性 抗弯曲强度 端子结合强度 温度循环 潮湿实验 寿命试验
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MLCC使用前注意事项
MLCC在超出生产商所规定的条件下，恶劣的工作环境或外界机械超压作用下， 电容芯片都有可能被破坏，所以在使用时，首先考虑生产商所承认的规格应用。
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MLCC的相关参数
材质：
按照温度特性、材质、生产工艺。MLCC可以分成两大类： 第一类：NPO (C0G)、C0H 、 CG 、 CH 、 CJ 、 CK等。 特点：温度特性平稳、容值小、价格高。
第二类：X7R、X5R 、 Y5V、Z5U等。 特点：温度特性大、容值大、价格低。
-C0G电容器具有高温度补偿特性，适合作旁路电容和耦合电容. -X7R电容器是温度稳定型陶瓷电容器，适合要求不高的工业应用. -Z5U电容器特点是小尺寸和低成本，尤其适合应用于去耦电路. -Y5V电容器温度特性最差，但容量大，可取代低容铝电解电容. C0G、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同，随 之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同。
MLCC使用注意事项
MLCC微观结构特点（2）
2、高精密智能化印刷叠层技术 国际最先进Roll to Roll高精度成型印刷叠层方 式 智能化Mark点识别高精度定位叠层 重轧压丝网与与图形控制技术： 印刷重复度≦15 μ m ，厚度精度±7% 叠层精度±30 μ m （ 100~300层）
MLCC微观结构特点（3）
3、在等静压叠片时需要施加巨大的压力，使 多层陶瓷膜片紧密结合在一起，在等静压过程 会产生一定的扭曲、变形，这样就产生较大的 内应力。 4、内电极与陶瓷介质膜片热胀系数差异很大， 这样在烧结、冷却过程又增加内应力。 5、外电极与内电极的结合靠烧渗结合，这样 的结合力存在各向异性。 6、外电极与瓷体热胀系数差异较大，焊接时 的热应力会使外电极与瓷体结合处产生裂纹。
MLCC微观结构特点（4）
四、MLCC的机械性能特点：
1、机械强度：硬而脆，这是陶瓷材料的机械 强度特点。这也是陶瓷材料应用的局限性，人 们必须了解陶瓷的特点，并扬长避短。 2、热脆性：MLCC内部应力很复杂，所以耐 温度冲击的 能力很有限。因此焊接时必须预 热，要求预热温度与焊接温度的温差不超过 150℃
MLCC使用注意事项
－BBK
一、MLCC的微观结构（1）
MLCC (Multi-Layer Ceramic Chip Capacitor) 片式多层陶瓷电容器的英文缩写
MLCC的微观结构（2）
二、MLCC工艺过程简介
三、MLCC微观结构特点（1）
1、超薄的介质膜片 超薄陶瓷膜片流延技术相适应的抗还 原介质粉体材料 超细、高纯、液相合成（化学法） 介质厚度：7~ 15μ m，D50：0.7 μ m 介质厚度：2~ 6μ m，D50：0.3μ m 最新研究开发报道： D50：70 nm
MLCC老化特性
片式多层陶瓷电容器（MLCC）老化特性高介电常数型陶瓷电容器 (标准的主要材料为BaTiO3，温度特性为X5R，X7R，Y5V等) 的电容量随时间而减小。
这一特性称之为电容老化。
电容老化是具有自发性极化现象的铁电陶瓷独有的现象。
当陶瓷电容器加热到居里点以上的温度时 (在该温度晶体结构发生改变，自发性极化消失 (大约为150°C) )，并使之处于无载荷状态，直到它冷却到居里点以下，随着时间的流逝，逆转自发性极化变得越来越困难，结果，所测的电容值会随着时间而减小。
上述现象不仅在三星的产品中，在所有高介电常数 (BaTiO3) 的一般性陶瓷电容器都可以观察到。
附录是一些有关电容老化的公用标准 (陶瓷电容器:IEC60384-22附录B等)。
当电容值由于老化而不断减小的电容器重新加热到居里点以上温度并让其冷却时，电容值会得到恢复。
这种现象称之为去老化现象，发生去老化后，正常的老化过程重新开始。
质陶瓷的自发极化与铁电现象BaTiO3质陶瓷的自发极化与铁电现象如图1所示，BaTiO3质陶瓷具有钙钛矿晶体结构。
在居里点 (约130°C) 温度以上呈立方体，且钡 (Ba) 的位置位于最高点，氧 (O)位于晶面的中心，钛 (Ti) 位于晶体的中心。
图1: BaTiO3质陶瓷的晶体结构当在居里点以下正常温度范围内，一条晶轴 (C轴) 伸长约1%而其他晶轴缩短，晶体变成四方晶格 (如下页图2所示)。
在这种情况下，Ti4+离子将占据附近O2-的位置而后者从晶体中心沿晶轴伸展的方向偏移0.12Å。
这种偏移导致正、负电荷的生点发生偏差，造成极化现象。
极化现象是由于晶体结构的不对称造成的，在不施加外电场或压力的情况下，这种极化现象从一开始就存在。
这种类型的极化称为自发性极化现象。
图2: 温度变化时的晶体结构和相关介电常数的变化 (纯BaTiO3)BaTiO3质陶瓷自发极化的方向 (Ti4+离子的位置) 在施加外部电场的情况下可以轻易逆转。
贴片铝电解电容如何老化
贴片铝电解电容的老化测试则不严格意义上来讲，老化（Burn in）是指采用高温方法对产品施加环境应力，而环境应力筛选（ESS：Environment Stress Screen ）仅包括高温应力，还包括其他很多应力，例如温度循环、随机振动等，所以，老化是属于环境应力筛选的一种。
但现在很多公司已经把“老化”这个词的意义扩展了，老化就等同环境应力筛选，环境应力筛选俗称为老化，在本文中就沿用“老化”这个词。
在电子产品在加工过程中，由于经历了复杂的加工和元器件物料的大量使用，将引入各缺陷（即便设计再好的产品亦如此）。
无论是加工缺陷还是元器件缺陷，都可分为明显缺陷和潜在缺陷，明显缺陷指那些导致产品不能正常工作的缺陷，例如短路/断路。
而潜在缺陷导致产品暂时可以使用，但在使用中缺陷会很快暴露出来，产品不能正常工作，例如贴片铝电解电容容量不足，产品虽然可以用，但在使用的过程中就会寿命的问题。
明显缺陷可通过常规检验手段加以发现。
潜在缺陷则无法用常规检验手段发现，而是运用老化的方法来剔除。
如果老化方法效果不好，则未被剔除的潜在缺陷将最终在产品运行期间以早期失效（或故障）的形式表现出来，从而导致产品返修率上升，维修成本增加。
其实，老化还有一个更重要的目的（和测试一样）：通过老化使产品加工工艺不断改进，使元器件品质不断改进，改进到不需要老化为止。
单板在老化以后一定要经过测试，在测试中发现某个元器件经常损坏，则说明该器件有潜在缺陷，需要供应商改进品质。
老化的原理老化的理论基础是电子产品的故障率曲线（简称浴盆曲线），老化是通过对电子产品施加加速环境应力，如温度应力、电应力、潮热应力、机械应力等，促使潜在缺陷加速暴露成故障，达到发现和剔除潜在缺陷的目的。
老化不能损坏好的部分或引入新的缺陷，老化应力不能超出设计极限。
老化的效果一般和施加的环境应力及老化时间有关系。
MLCC在平板电源中的断裂分析和改进
56941 42316 66500
将上述电容的材质由X7R更改为NP0材质，由于NP0材质的强度比 X7R高，产品成品的失效情况得到了较好的解决，失效比率由更换前 的667~3398 ppm 均降至0 ppm 。
2、MLCC尺寸选择
更改尺寸前后的不良率
改善前
0.1
0.007
改善后
0
0.02
0.04
1、MLCC材质选择
因为分子结构的差异，2类陶瓷的X7R和X5R、Y5V材质是较 脆弱的一类。I类陶瓷C0G/NP0等因为厚度等因素，其的抗弯曲强 比X7R的强很多。因此4700pF以下容量的，建议更换为C0G/NP0 材料，大于4700pF以上容量产品如果改用C0G/NP0材质，成本上 升幅度很大。为提升可靠性，该改必须改
通过历次不良样品分析，统计失效产品分为以下几个样式
：
MLCC是由陶瓷和金属的共烧体，因两类材料的收缩率存在较大的差异，在受到骤然的热冲击时易产生 热冲击开裂。开裂后产品内部短路，继续通电内部漏电流极大，产生高温，将内部介质和金属烧毁熔融， 形成镍球。因此在焊接时推荐用回流焊接工艺，该工艺焊接时温度均衡，热应力极小。针对客户方面的 波峰焊接工艺，供应商只能从产品的设计方面改进，以适应客户端的使用。将现有的0.85mm厚度产品 更改为1.25mm厚度，耐焊性方面表现相近（见以下对比表），但在波峰焊接时可以将应力分散至端头 处，产生热冲击几率要小很多，更适宜目前的生产现状。
4、改进PCB板设计
PCB板设计对电容器的弯曲开裂具有较多的影响因素，具体影响 因素和改善措施如表3所示。
表3：PCB板影响因素与改进措施 PCB板影响因素 焊盘方向与分切线垂直 PCB板高温变形 焊接厚度过大 电路板分割槽太浅 改善措施 焊盘方向与分切线平行 增加PCB板厚度 焊接厚度适中 电路板分割槽不能太浅
MLCC 失效分析及对策
MLCC 失效分析及对策失效的原因•裝配过程中<工艺应用上>失效的原因;•热应力与热冲击;•金属的溶解;•基板和元件过热;•超声波清洗的损坏;•机械负载;•运输的振动;•机械冲击;•应力与热冲击;•老化<腐蚀、基板材料老化、蠕变斷裂、焊接疲劳>电容器的失效模式与常见故障•钽电解电容器—电压过载击穿烧毁；浪涌电压冲击漏电流增大；极性反向短路；高温降额不足失效；•铝电解电容器—漏电流增大击穿；极性反向短路；高温降额不足失效；•有机薄膜电容器—热冲击失效；寄生电感过大影响高频电路功能实现；•MLCC（2类）—SMT工艺不当导致断裂或绝缘失效；Y5V温度特性不佳导致电路故障；•MLCC（1类）—RF设计选型匹配。
MLCC异常汇总分类一、裂纹(微裂、断裂、开裂和击穿)二、端头脱落三、电性能异常(C、DF、IR和TC)四、抛料(国标GB≤0.3%，具体依设备定)五、上锡不良(假焊)六、其它(Q、ESR等)开裂一、MLCC本身制造方面的因素：1、MLCC排烧时温控失调，有机物挥发速率不均衡，严重时会出现微裂纹；2、内电极金属层与陶瓷介质烧结时因热膨胀系数不同，收缩不一致导致瓷体内部产生了微裂。
(MLCC质量隐患)；3、编织线裂纹二、MLCC应用生产工艺方面因素：1、热冲击(结构本身不能吸收短时间内温度剧烈变化产生的机械应力所导致的机械性破坏，该力由于不同的热膨胀系数、导热性及温度变化率产生) 2、贴装应力(主要是真空吸放头或对中夹具引起的损伤<目前都使用视觉对中或激光对中取代机械对中>)3、上电扩展的裂纹(贴装时表面产生了缺陷，后经多次通电扩展的微裂纹)4、翘曲裂纹(在印制板裁剪、测试、元器件安装、插头座安装、印制版焊接、产品最终组装时引起的弯曲或焊接后有翘曲的印制板主要是印制板的翘曲)5、印制板剪裁(手工分开拼接印制板、剪刀剪切、滚动刀片剪切、冲压或冲模剪切、组合锯切割和水力喷射切割都有可能导致印制板弯曲)6、焊接后变形的印制版(过度的基材弯曲和元器件的应力)MLCC微裂实例MLCC外观图MLCC DPA图MLCC外观图MLCC DPA图MLCC外观图MLCC DPA图击穿产生的原因：1、MLCC本身耐压不够大(介质厚度偏薄、内部有短路缺陷)；2、PCB板模块电路设计不合理，存在漏电短路的缺陷；3、SMT生产工艺中造成的锡渣、锡珠、锡桥等短路现象；4、上电测试时电压过高、或产生的瞬间脉冲电压过大等不良操作。
2类陶瓷介质MLCC容量衰减特性
深圳市宇阳科技发展有限公司Ⅱ类陶瓷介质电容器容量衰减特性Ⅱ类陶瓷介质（包括X7R、X5R及Y5V特性类）的电容器使用的是铁电体材料。
当温度低于居里温度时，介质的立方晶体结构转为四方相，其对称性降低，晶体点阵中的离子会连续移动到势能较小的位置，引起电容量按对数规律随时间不断地减小，这一现象称为Ⅱ类陶瓷介质材料的老化现象，一般引用老化常数来表示，X7R/X5R材质的老化常数约-1％～-2％， Y5V材质的老化常数约-3％～-4％。
MLCC老化特性如下图所示：
上述现象是可逆的，在经过去老化（去老化条件：150℃、1h）后容量就可以恢复到初始值。
因此焊接时的高温对产品有去老化的作用，焊接后产品的容量会恢复到初始值。
深圳市宇阳科技发展有限公司。
多层陶瓷电容(MLCC)应用注意事项
多层陶瓷电容（MLCC）应用注意事项一、 储存为了保持MLCC的性能，防止对MLCC的不良影响，储存时请注意以下事项：1、室内温度5～40℃，湿度：20％～70％RH；2、无损害气体：含硫酸、氨、氢硫化合物或氢氯化合物的气体；3、如果MLCC不使用，请不要拆开包装。
如果包装已经打开，请尽可能地重新封上。
编带装产品请避免太阳光直射，因为太阳光直射会使MLCC老化并造成其性能的下降。
请尽量在6个月内使用，使用之前请注意检查其可焊性。
二、 手工操作MLCC是高密度、硬质、易碎和研磨的材质，使用过程中，它易被机械损伤，比如开裂和碎裂（内部开裂需要超声设备检测）。
MLCC在手持过程中，请注意避免污染和损伤。
手工操作时，建议使用真空挑拣或使用塑料镊子挑拣。
三、 预热焊接过程中，为了减小对器件的热冲击，精确控制的预热是很有必要的。
温度的上升率请不要超过4℃/秒，设预热好的温度与焊接最高温度的温度差为ΔT，则对于0603、0805、1206等尺寸的MLCC, 最好ΔT≤100℃，对于1210、1808、1812、2220、2225等大尺寸的MLCC，最好ΔT≤50℃。
四、 焊接手焊时，请使用功率不超过30W且温度可调控的烙铁，烙铁头尖的直径不要超过1.2毫米。
焊接过程中，请不要用烙铁头直接接触陶瓷体，烙铁的温度不要超过260℃。
对于大尺寸的MLCC，比如1210、1808、1812、2220、2225等，不推荐使用波峰焊和手焊。
五、 冷却焊接后，慢慢冷却MLCC和基板至室温，推荐使用空气自然冷却，以减小焊接处的应力。
当进行强制冷却时，温度下降率请不要超过4℃/秒。
六、 清洁所有焊接残留物都必须使用合适的电子级别的蒸发清洁解决方案清除，因为污物会造成电解表面的腐蚀。
使用超声波清除的解决方法最好，适当的清洁系统的选择要考虑很多因素，包括器件、焊剂以及焊头粘贴和组装方法等，清洁系统清除器件底部焊剂和污物的能力很重要。
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何谓MLCC 产品材料老化现象? 1.老化是指EIA Class Ⅱ类电容容值随时间降低的现象，它在所有以铁电系材料做介电质的材料均有发生，是一种自然，不可避免的现象。
发生的根因是内部晶体结构随温度和时间产生变化导致了老化，属可逆现象。
老化速率呈典型对数曲线如下,也即在10 n 小时到10 n+1小时的时间内,下降的容值量相等：
2.以钛酸钡为电介质的电容为何 会老化?怎样老化?
随着时间变化， 钛酸钡其分子结构将逐渐变为电偶数组，该数组式分子结构较杂乱无章的分子结构存储电荷的能力要差。
3.什么是de-aging?如何实现de-aging ？
老化是一种可逆的现象，当对老化的材料加以高于居里温度的高温，材料的分子结构将会回到杂乱无章的原始状态。
材料将由此开始老化的又一个循环。
Yageo 建议进行de-aging 所使用之条件为155℃/1hour 。
同时,在诸如SMT-Reflow 、Wave soldering 等高温情况下,即可以将产品回到原始之容值。
建议验证实验如下：将测试容量偏低的产品浸至锡炉或过Reflow ，再行测试，容值将恢复到正常规格之内。
4.是否只有Yageo 材料有老化现象? 回答是否定的。
老化现象发生在任何一家厂商的Class Ⅱ类陶瓷电容器。
它是普遍现象，只是老化率会因厂商不同而有所差异。