MLCC电容物理应力导致击穿问题案例

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1、MLCC 电容应力失效跟踪报告一、 现象1二、 问题定义1三、 信息收集、跟踪与分析1四、 结论2五、 改善建议2一、 现象2023 年 5 月 24 日首次接板卡调试段通知，GPS G03H V1.0 主板在进展 48V 高压测试时， 消灭批量 C27/C39 电容烧毁的现象。进一步跟踪觉察，后续 G03H 系列产品各批次都存在这个问题，失效率时高时低，在 2%5%左右浮动。最终一次生产 1000 台 G03H-T V2.1 主板，消灭 16 块 C27 烧，不良率 1.60%；13 块 C39 烧，不良率 1.30%。依据操作员供给的现场描述，主板经过 12V 上电，工作正常，各测试点电压

2、正常。然后切换到 48V 供电，在上电时 C27/C39 消灭电火花，马上下电后觉察电容已烧毁。48V 上电时间一般在 1 秒左右。二、 问题定义涉及该问题的主板包括：G03H V1.0，G03H-T V1.0，G03H V2.0，G03H-T V2.0。消灭该问题的环境：板卡调试段，48V 高压测试，在主板电源输入端供给48V 电压。消灭失效的器件：电容 C27 与 C39。三、 信息收集、跟踪与分析1. 问题共性：G03H 各系列主板差异很小，烧毁电容所属的电路环境完全一样。同时，C27 与 C39 使用同一种物料，并联在同一级电路上，在 PCB 板上也是并列排放；同一批次中， 同时存在

3、C27 烧和 C39 烧的问题。依据以上信息，根本可以认定属于同一种问题。月份机型C27 与C39 不良数投放量各批次失效率各月份的失效率2. 依据生产记录显示，自 2023 年 10 月 G03H V1.0 首量后，各月均有数百至数千的产量，C27 与 C37 不良率之和始终保持较低水平，多个月份失效率为0%。在 2023 年 5 月底之后， 该问题的失效率突然提高至 2%以上。查看 5 月收到的设计变更通知中，没有G03H 相关的工程。从数据上看，经过了数个月的生产与测试检验，C27、C39 的牢靠性，以及工装方案的牢靠性，是可以满足正常生产要求的。10 月SG2023-G03H(G600

4、) V1.00500.000%0.000%11 月SG2023-G03H(G600) V1.0112010.083%0.030%SG2023-G03H-T(G600) V1.0021210.000%12 月SG2023-G03H-T(G600) V1.00180.000%0.000%1 月SG2023-G03H-T(G600) V1.077410.945%0.945%SG2023-G03H(G600) V1.001540.000%SG2023-G03H-T(G600) V1.008690.000%SG2023-G03H(G600) V1.0040.000%SG2023-G03H-T(G600)

5、 V1.00440.000%SG2023-G03H(G600) V1.002490.000%SG2023-G03H-T(G600) V1.016110.164%SG2023-G03H(G600) V1.013330.300%5 月SG2023-G03H-T(G600) V1.053761.330%2.270%SG2023-G03H(G600) V1.0173045.592%2 月0.000%3 月0.000%4 月0.116%3. C27 与 C39 是 104 贴片陶瓷电容，耐压为50V，作为滤波电容使用。48V 上电时，实测电容两端波峰最高不超过 46V，稳定在 36V，下电时不会造成更高

6、的电压冲击。因此电压设计是符合要求的。4. 将坏板上的 C27、C39 电容取下，手工焊上领的同种物料，进展48V 开关机试验，重复50 次，问题不复现。连续持续48V 供电半小时，问题不复现。根本可以排解由于主板上其他器件不良导致 C27/C39 烧毁的可能性。5. 对经过 12V 测试的主板进展筛选，筛选后的主板再进展48V 测试。筛选的方案是使用小型显微镜观看电容上外表。筛选后未觉察特别，但随后的高压测试中仍有烧毁的状况。具体分析参见本文结尾附录。6. 对消灭问题的主板，拆下烧毁电容c29 或 c37之外的另一个电容，绝大多数都消灭外部金属电极与陶瓷介质剥离的现象，但是在拆下之前外观无特

7、别。和修理确认，该现象 从 5 月底开头始终存在。当一个电容烧毁时，导致或者是同时消灭另一个电容裂开的可能性很低。因此应当是在烧毁之前电容就已经开裂。较为合理的解释是，两个电容事先 消灭开裂，导致耐压系数降低，在12V 时可以工作，但是高压测试时一个电容先被击穿。7. 为了确认在哪一道工序消灭特别，申请安排了 200 台的任务，在生产的各段设置了全检测试工程，进展线上全程跟踪把关。在跟踪检测时未觉察任何电容特别。目前这 200 台主板已经全部通过高压测试，没有消灭一例 C27/C39 烧的状况。这批任务与最终的 1000 台的物料清单全都。四、 结论从线上跟踪的结果来看，200 台主板中没有一

8、例电容烧毁，说明该问题不是由于产品设计或是工装方案导致，临时无法确认电容特别是从哪一道工序开头消灭。五、 改善建议为了避开在后续生产中再次消灭 C27、C39 电容烧毁问题，整理了一些建议，请各部门评估可行性。1. 已经打算后续承受更高耐压值的电容。请考虑更改 PCB 布局，尽量削减板边的陶瓷电容。假设无法移开，应将电容的方向与板边保持平行。2. G03H 的 PCB 板两边是邮票口，目前使用斜口钳掰板。需要制作分板工装，使用分板机自动分板。3. 在 GPS/GSM/CDMA 天线头处包上醋酸胶带或橡胶套，进展绝缘保护。4. 确保生产过程中的温升速度在合理范围内，避开快速的升温/降温对器件造成

9、影响。附录G03H 故障板烧电容 C27 及 C39 现象分析针对 SG2023-G03H(G600)V1.0 故障板烧电容 C27 及 C39 现象初步分析： 1经询调试板状态上电过程烧毁C27104/50V 1206或 C39104/50V 1206多层、积层、叠层片式陶瓷电容器，不存在上电时间长短或12VDC 与 48VDC 切换状态损坏特性。图一：故障点局部电路借用 12 块烧电容故障板及正常板 2 块做比照试验。用简易放大镜约 30X 从物理外表观看故障板(板号 F51100026/019/025/068/086/228/229/230/129/130在 C27、C39 中间处都有裂

10、痕(非烧黑处),其中两块 058/232 烧的比较严峻无法观看。图二 C27 电容红圈处断裂图三 C39 电容断裂处红圈处，图四：C39 边缘处烧焦红圈处。而正常 F51020780/488 两块板电容无裂痕。经查询比照两种传票号板电容物料有存在两种物料混用的状况,C27/C39 旧物料 CM0150M073(拆下测量厚实测0.76)和领物料 CM0050M028厚实测 0.74。2. 以上结论再进一步从电路上做破坏性试验来验证是外力导致还是本身电路或器件引起的烧毁。电路试验测试：领物料电容料号 CM0050M028换上 G03 板上开关机供电冲击 50 次， 在外电 50V 供电状况下电容并

11、没有消灭特别，实测电源经过前级后到 C27 和 C39 端电压就37.3V37.5V 左右，不存在电流冲击损坏的状况。在后续观看跟踪中觉察同块板烧掉一个电容时，而另一个电容外观完好用烙铁轻轻焊下就已经在端头断裂状况，连续几块板都是如此状况。附断裂电容图：图五电容无烧毁痕迹金属电极与陶瓷介质剥离图六图七并附上G01H 电容烧毁现象引用参考：针对现场的测试工装、电源等进展了比测，未觉察特别，对库里电容抽 100 个进展耐压测试正常，但与现场 FA 技术人员等随机抽 20 多块板觉察有三块板 C44 电容上有裂纹，各带走一块故障板，带回的故障板电容裂开状况见以以下图对裂开的电容进展上电耐压测试，12

12、V 起步/1V 为单位步进上电，当电压到 31V 时，上电电容即冒火花烧毁！即，电容是为“过压”烧，但前因是电容因受机械应力导致参数下降50V 的耐压下降到 31V。后续隐患存在及个人建议：是不是有很多产品是在电容开裂的状况下出货，而这些产品大多数并不是工作在 12VDC 以上工作环境，说明上看起来工作是“很”正常。附上烧毁后电容图如下：3. 破坏测试：领 PCB 空板 8 拼 1 块焊上电容做掰板动作，也没有消灭电容裂痕状况，由于今日产线没有排场 SG2023-G03H(G600)生产，无法从制程上追溯故障产生缘由。在 6 月 23 号安排 200 套生产，各段除正常生产调试外，额外设置了针对 C27/C39 两端加强 36VDC 全检测试工程，测试进展线上全程跟踪把关，并没有消灭烧电容现象。基于以上现象分析从牢靠性角度说，是属于机械应力或热冲击失效后导致烧毁，不行能由电路性能上引起烧毁器件。后续建议：对G03H 电容 C27 C39 改用不同规格封装来避开消灭由于CM0050M028 厚度较薄导致物理应力损伤，也可考虑更改 PCB 布局来转变 C27 C39 放置方向避开生产过程导致电容损伤。试验分析2023 年