AVX
多层陶瓷电容
FLEXITERM
TM
:预防电容破裂失效指南
½者：Mark
Stewart
陶瓷电容产品市场技术部经理
AVX
责任有限公司
Coleraine，北爱尔兰，
摘要
MLCC
电容的巨大普及性与可选择性技术的比较，首先是他们出色的可靠性记½和½成本。
½是在某一特定环境下由于元器件的陶瓷部分破裂会发生一些问题。
½元器件焊接到电路板
后，这些失效通常由机械破坏产生；½电路板误操½或在极其苛刻的环境条件下组装，也会
导致失效。
这篇文章阐述了
AVX
公司
FlexiTerm
TM
产品的主要½处和特性，一个½的终端系统通
过减½½加在陶瓷上的机械力来½这类失效最小化。
破裂问题
正如电容在元器件数量方面占的统治地½，多层陶瓷电容（MLCC）因为其高可靠性及
½成本被普遍应用于电路设计。即½因为陶瓷材料的特性，MLCC 本身很有可½在组装的
过程中因为操½不½或是在特殊的环境下出现破裂。
因为这个原因，
破裂成为贴装到电路板
上的
MLCC
的最普遍的失效模式。
弯曲附有元件的印刷电路板，最普遍的一个结果就是导致
MLCC
元件的破裂。这种弯
曲是在组装生产和恶劣的操½条件下机械导致的外力造成的。
最坏的情½，
一个½阻值的电
阻破裂失效会导致极高的温度，
½其直接连接到电源线并有充足电流通过时电路板的直接区
域将会造成毁灭性的破坏。
很典型的，
板子的弯曲会导致陶瓷电容焊接到印刷电路板的部分产生裂痕，
并且裂痕会
继续扩大至陶瓷电容焊接部分高度的一半。如图
1
所示
图
1，标准的 MLCC
终端展示
典型的板子弯曲造成的破裂
1
FLEXITERM
TM
吸收压力
AVX
已经认识到有必要改善陶瓷电容的机械性½，以保证元器件在受到巨大外力时有
更½的可靠性。FlexiTerm
TM
½为一个附加韧性的终端外层来开发，它被附加到原器件终端
上以保证原器件在受到外力的时候保持完整的电气性½。
（如图
2）FlexiTerm
TM
被用于联接
BME(基础金属电极)技术,这项技术提供了一个优点——消除了用铅银连接电容技术所花
费的较高的物料费用，
同时也增加了可靠性。
这种在韧性和热量性½的改变更可靠的解决电
路板在生产中弯曲的问题和元器件在操½过程中对环境要求过于严格的问题。
在元器件和电路板之间的热膨胀(CTE)不匹配系数也会在不同物料的连接处产生过大
的力。在功率½换模块中这是一个显著的问题，因为过多的负½½引起了温度的巨大波动。
FlexiTerm
TM
的韧性特性减少了原件上的压力从而降½了系统失效的风险。
图
2.附加了 FlexiTerm
TM
层对机械弯曲增加了阻力
AVX
提供的
FlexiTerm
采用了
X7R
电解质，有较½的选值范围，应用于½½电容，电
源输入电容以及标准的常用电容。
应用于需要防止破裂失效
多层陶瓷电容破裂可以说是高成本高½量应用的最大问题，
因为在应用高电流的电路上
将会造成更大的破坏。高风险应用包括½½，电源，½换器，电信，基站，个人电脑和笔记
本电脑，PDA，医学和½用仪器上。一般来说所有电路板组装的产品在生产过程中½容易
受到陶瓷电容失效的½响，另外一些因为苛刻的工½环境易受失效的攻击。
½½部分就是行业中的一个例子，
在这个行业中陶瓷电容失效已经被广泛的公认是其应
用中的一个危急的失效。
陶瓷电容在½½电子领域新兴的趋势包括为可靠性比较高的原件½
驱动，
原件小型化，
多功½化以及安½在½½上高温及高要求环境中的集成电路中譬如引擎,
传动器, 和传动箱里。
½½电子系统制造商因此在认可陶瓷电容器的极限和帮助为陶瓷电容
产品定义一个更合适的将来充½一个重要角色。
电源和½换器技术也同样要求防止破裂失效。
预先发展陶瓷电容技术是为了½它½更多
的应用在电源上，这些发展包括与原来电容技术相比更高的电容值和更½的等效串联电阻
（ESR）
。
原器件的失效，
譬如陶瓷电容那样在许多应用中由于机械力和机械热力可以危及安全系
统并且停止整个系统的操½。
另外对½½和电源制造商而言，
高端模块产品失效带来的不仅
是经济上的问题，
同样也会½响到公司的名誉。
更令人不安的是½陶瓷电容在
48
伏电压时，
2
或者是线性提供一个带有少量
amps
的
12
伏电压（很容易存在于½½电池中）时短路，将
会达到
1000
摄氏度左右的温度，这将会½在的引起巨大的破坏。
破裂失效的定½
对于特殊多层陶瓷生产商来说是不会因为破裂失效而被制约的，
½是却制约了那些主要
和次要的供应商。
对于电子组装生产商而言失效的原因是很容易理解的。
最普遍的失效发生
在电路板折板,元器件放½，板子组装插入的部分和放½陶瓷电容十分接近于电路板边缘的
地方。
通过量测来减少失效已经被很½的证明了，½是½这种失效增加时，这将无法被预防，
检测，并且很难找到根本原因。组装生产商每月花费数以千计的美元用来检测，围堵和维修
的例子是很不普遍的。
解决方案正如元器件布线的重新设计，
在获得确认它将会解决问题时
需要一个很长的½变时间。
这种破裂失效对于签约的生产商来说有时很普遍并且也很容易理
解在组装过程中造成，
以至于他们不会对供应商和客户突出这个问题。
在某些情况下只有品
质工程师知道问题的程度并且知道问题发身在哪些不被生产人员记½和跟踪的地方。
假如更
严重的失效½于组装测试端，
这种失效也许会发生。
一个严重的错误将因为在初段电容和
Q
参数测试中无法发现而产生。
实际上多层陶瓷电容的½用将不会受到½响，
直到½气进入裂
纹在电解质层之间½成一个路径，
这种情况也许只有在原器件暴露在½湿的大气中才会变得
显著。因为这个原因电容中陶瓷的破裂将会通过量测绝缘电阻（IR）的改变而被发现。IR
测试是一种确认电容被正确½用的标准测试，
½是一旦元器件焊接到电路板上将不可½进行
这种测试。
FLEXITERM
TM
— 解决裂纹的方案
AVX
公司发现若要阻止陶瓷破裂的发生，电容端部的结构需要有韧性；经过大量的研
究和不断发展，最终定义出
“FlexiTerm”.
这种具有韧性特点的高传导性终端材料被加入
AVX
的标准 X7R 介质陶瓷电容中，从而生产出新的范围值的
FlexiTerm
TM
多层陶瓷电容。
这种韧性端子被特殊的设计成增强机械和温度弯曲特性的元器件，用于防止系统产生的失
效。
例如对于生产过程中未知原因电路板弯曲造成的失效，
有经验的电容½用者为了完全消
除这种失效会接受½用
AVX FlexiTerm
TM
系列的产品来代替这些电容。
无论是电路设计者还是生产工程师在½用成熟元器件时成本往往是一个决定因素。
这可
½要依赖于通过品质工程师介绍
FlexiTerm
TM
来确定消除电路板弯曲失效而节省的成本。
½
成本½容值的电容将是更合适的。随着容值的增大，电容的成本会随之上涨，这样一来
FlexiTerm
TM
对价钱的½响就不是很显著了。对于高电容值电容，AVX 可以像标准品一样提
供
FlexiTerm
TM
电容, 因为附加的材料和生产成本只占元器件所有成本的很小一部分。
½其
他生产商知道提供带有韧性终端技术的陶瓷电容的时候，AVX 已是½前唯一可以在 BME 电
容上提供
FlexiTerm
TM
技术的生产商，而
BME（碱金属电极）电容为那些½用贵重金属材
料的元器件提供一个较½成本的选择。
同时, 有些制造商正在提供一个供选择的保护弯曲的
方法。这种方法是用一个合适的内部电极设计，在电极末端和芯片侧面之间增加一个空隙。
这种设计方式有助于减少由于高机率破裂造成的½阻抗和电路短路失效，
½是这种设计只½
通过单电极电解质组不包括最坏的情况——两个电极间短路。 由于电极的断开招致电容损
失的增加取决于裂纹扩散有多快，
这种技术的另一个缺点是这种元器件可利用的最大容值在
超过正常尺寸厚度来补偿电极端损失电容性的区域不½½用。
3
FLEXITERM
TM
是如½工½的
FlexiTerm
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是一个灵活的终端包括一种导电性聚合物以保证电流在外力对器件½用
期间及之后的完整性。FlexiTerm
TM
与
BME
(碱金属电极) 技术一起应用。BME 将花费更
高成本的钯银(PdAg)替换为镍电极和铜终端。FlexiTerm
TM
将铜终端套上导电聚合½，随
后被镍和锡电镀。
FlexiTerm
TM
有减少元器件机械压力½换的½力可以防止机械故障。在正常操½中这样
可以保护元器件在制造过程及外部环境½响所造成的电路板曲变下不受破坏，
如振动和温度
扩张。FlexiTerm
TM
提供更½的机械和机械热性½,它的这种设计即便如果由于曲变发生故
障，也会是在终端区域和开放式模式下的。更倾向于开放式电路的故障模式，它可以停止电
流供应，
因而去除了短路电路损伤而损坏电路的可½。
这对于由于短端电路故障可½出现火
灾的电力线十分重要。
在½用
FlexiTerm
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情况下开放电路发生在终端的一个很小范围里，很少或没有退化
电容器的性½。
测试
FLEXITERM
TM
的机械韧性
电子元器件性½在½½电子领域被关注，福特、克莱斯勒和通用在
1993
年创建了½½
电子委员会。
这个委员会的目标是建立共同资格标准½为促进供应商注意力的一个可½的方式。
尔后½½电子委员会技术分委员会在
AEC-Q200
文件中制定了一个资格要求和测试方
法来精确定义被动器件的压力测试资格。
AVX
公司½用
AEC-Q
来评估电容器承受机械压力的½力；
两个相关的测试被用于比较
标准终端和
FlexiTerm
TM
，分别是板曲变测试和温度循环测试。
板曲变测试要求器件被流回焊接到印制电路板并被放½在图
3
中两个接触点距
90
毫米
之间的½½。
然后电路板以
1
毫米/秒的速度向上弯起至
10
毫米。
一旦装½½被应用，
在开始崩折部分的偏½将被高敏感电流监测器或在被定义的弯折偏½
之后被记½。
AEC-Q200
指定了曲变测试定义一个最小弯曲要求为
2
毫米。
图3.板子弯曲折曲由AEC-Q200测试认证
电路板弯曲测试发现，AVX 公司的
FlexiTerm
TM
组件在弯曲达到
5
毫米时不会失效。
与标准电容技术相比，这种改进可以达到
2- 4
倍对弯曲的抵制。
温度循环是 AVX 公司掌握的另一种自动测试，
这种测试确定组件变换暴露在极高温和极
½温条件下的抵抗程度。
组件装上
FR4 PCB
½得测试可以模拟由组件和电路板之间温度扩张的造成不匹配引起
4
的压力。
AEC-Q200
要求标准陶瓷
X7R
电容可以经受从
-55
度到
125
度的
1000
次循环。
FlexiTerm
TM
可以达到
3000
次这样的循环而不½组件受损。
这意味着
FlexiTerm
TM
在极度温度变化应用中可以提供更先进的可靠性½，例如，在½
½和航空应用中的外部客舱巡回。
等效串联电阻(ESR) 是高
rms- current
运½½½力必需的一个重要参量。
一项调查显示如果在
AVX
½用长期可靠性测试带来的
FlexiTerm
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和电容中等效串联
电阻发生任½变化，运½寿½和温度循环½被
AEC-Q200
规格所定义。
等效串联电阻值在长期测试期间的间隔中被证明了，
而且在推荐测试期间发现也没有改
变。
这证明了电极和终端之间的互联即½在严格的电压和温度的运½条件下也没有衰弱。
张力测试项目中板子的弯曲测试
在板子弯曲过程中元器件外部的外力量测结果可以通过½用张力计显现出来。
因此一个
最大允许张力值被提供给多层陶瓷电容，允许一个安全极限被应用在生产过程中。由
FlexiTerm
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提供增加对张力的阻抗，为电路设计者和组装过程工程师在有很强张力无法避
免或安全对应用非常重要的地方提供了元件选择的指导。
在同样的范围内倾斜电路板，它的张力是可以量测出来的。这提供了屈服于元件和由
AEC
倾斜度以
mm
测试的方法之间的关系。这种计算方法是用张力计量测板子弯曲折曲测
试来验证的，如图
4
所示。在应用中将张力计附着在电路板上指定的元件区域，高弯曲区
域的张力可½会被量测出。对于电容定义张力的要求，现在可以与元件所容许的张力比较。
如果有需要，一个像
FlexiTerm
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这样的产品可供选择来替代标准的元件以改善可靠性。
图
4.
板子折曲测试中计算值和量测值张力偏差比较
可靠性可降½成本
FlexiTerm
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的关键½处是它的½力，它表现出出色的机械和机械热性½从而提供更高
等级的可靠性。
印刷电路板上元器件的½½可½½响到其暴露区域的热力和机械力的等级。
FlexiTerm
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½生产商对板子的布线有了更多的处理方式。这样有时可½降½了设计和制造
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