Mặt cắt của tụ gốm

Tôi đang cố gắng để phân tích lỗi của một loạt các tụ gốm.

Mô tả ngắn về ứng dụng:

10 tụ 220 gốmF Gói 1210 được đặt song song với pin 3,6 V. MCU thức dậy định kỳ (tối đa một lần mỗi phút) và rút ra dòng điện (tối đa tối đa 10-15 mA trong vài mili giây). Tổng thời gian trước khi trở lại chế độ ngủ cực thấp là 130 ms. Các tụ điện được cho là giữ đủ năng lượng để bao phủ điều này mà không giảm xuống dưới 1.6 V (điện áp cung cấp tối thiểu cho MCU).

Điều này là cần thiết vì nhiệt độ hoạt động thấp và pin không thể cung cấp. Pin có đủ thời gian để sạc lại các tụ điện trong khi MCU ngủ.

Tôi đang nghi ngờ quần short trong các tụ điện. Bởi vì:

• Pin đã cạn kiệt rất nhanh trên một số PCB của tôi
• Từ những gì tôi đã đọc các tụ gốm, đặc biệt là trong các gói lớn, nhạy cảm với căng thẳng cơ học và có thể bị nứt, gây ra quần short

Để thấy điều này cho bản thân tôi, tôi đã cố gắng thực hiện các mặt cắt ngang, nhưng tôi có một thời gian khó hiểu những gì tôi đang nhìn thấy.

Làm thế nào tôi thực hiện mặt cắt:

• Đã sử dụng một máy khoan để cắt góc PCB nơi đặt tụ điện
• Đúc các PCB cắt trong keo epoxy để xử lý dễ dàng hơn
• Sử dụng một lưỡi cưa tròn kim cương để tạo ra một mặt cắt ngang ở giữa các tụ điện (theo chiều dọc)
• Nghiền ướt và đánh bóng xuống 1 micron và sau đó 1 màng lapping

Tôi đã lặp lại điều này trên hai PCB.

Có 3 tụ bên cạnh nhau:

Ở đây bạn có thể thấy sự khác biệt màu sắc giữa các tụ điện, trên cùng bên phải và giữa dưới có màu đậm hơn. Nhưng như bạn có thể thấy, không ở cùng một vị trí.

Tôi không có đủ đại diện để thêm tất cả hình ảnh. Tôi sẽ bình luận liên kết đến tất cả các hình ảnh. Sẽ đánh giá cao nếu ai đó có thể chỉnh sửa và thêm hình ảnh vào bài viết.

Những cái màu tối hơn (trên cùng bên phải, giữa dưới) trông như thế này đóng lên.

Hầu như những gì tôi đã mong đợi một tụ gốm sẽ trông như thế nào. Ít nhất bạn có thể thấy một số loại layering. Nhưng các lớp không vững chắc như tôi mong đợi. Đây có thể là thiệt hại gây ra bởi mài và đánh bóng?

Khoảng cách giữa các lớp là 2 pha.

Những cái màu nhạt hơn trông như thế này:

Cái gì thế này?! Có thể ví dụ dòng điện cao làm cho các lớp tan chảy như thế này? Hoặc điều này cũng có thể được gây ra bởi mài và đánh bóng của tôi?

Ở đây chúng ta có thể thấy một bong bóng không khí trong hàn. Nhưng khoảng cách gần với đáy, đó có thể là thiệt hại do căng thẳng cơ học?

Sau đó tôi đã thử mài và đánh bóng thêm một chút vào các tụ điện. Nó trông giống hệt nhau. Nếu độ lượn sóng kỳ lạ và / hoặc các lớp bị vỡ đã được gây ra bởi quá trình mài và đánh bóng, tôi hy vọng rằng các đặc tính sẽ thay đổi. Ví dụ, một lớp lượn sóng bây giờ đã phá vỡ các lớp thay vào đó, và ngược lại.

Các tụ điện chính xác được sử dụng là Taiyo Yuden JMK325ABJ227MM-T

Đối với tôi có vẻ như việc mài / đánh bóng đã được thực hiện khá tốt (cẩn thận hơn bạn có thể có ít vết trầy xước hơn) và bạn đang nhìn vào một hình ảnh chính xác và không bị hư hại của mặt cắt tụ điện.

Những hình ảnh "tối" ít nhiều là những gì tôi mong đợi nhìn thấy từ một tụ điện cắt ngang qua các mặt phẳng của các điện cực. Các điện cực kim loại trong một ma trận gốm tối hơn. Đối với các tụ điện có giá trị thấp hơn, tôi hy vọng sẽ thấy các đường song song dày hơn, nhưng đối với các đường dây hơi lượn sóng và bị hỏng không phải là một bất ngờ lớn. Tôi hy vọng rằng kết quả này từ các bước đặc biệt mà họ đã thực hiện để có được điện dung rất cao trong một gói nhỏ. Có thể là sự kết hợp của các điện cực lưới chứ không phải là các mặt phẳng, và nghiền / tạo thành gốm sau khi xây dựng các lớp nhưng trước khi nung cuối cùng để có được các lớp mỏng hơn.

Hình ảnh "nhợt nhạt" ít nhiều là những gì tôi mong đợi cho một tụ điện được đặt song song với các mặt phẳng điện cực. Giả sử bạn đã sử dụng một máy mài kim loại (trông giống như nó) thì mặt phẳng tiết diện của bạn phẳng, nhưng các điện cực thì không. Vì vậy, bạn có được các tính năng giống như đường viền trong đó điện cực đi qua mặt phẳng tiết diện.

Tôi nghi ngờ bạn sẽ tìm thấy rò rỉ của bạn trong những hình ảnh này. Những nơi khác để tìm:

• Kiểm tra datasheets cho kháng chiến dự kiến. Có cao như bạn nghĩ? Kiểm tra các điều kiện theo đó nó được đưa ra trong biểu dữ liệu, xem liệu môi trường của bạn có khả năng làm cho nó tồi tệ hơn không.
• Kiểm tra một loạt các tụ điện mới để xem các điện trở là gì
• Kiểm tra một loạt các tụ điện từ trả lại bảo hành của bạn để xem điện dung hoặc điện trở đã thay đổi.
• Đo điện trở trên PCB của bạn trước khi lắp ráp (phải đẹp và cao)
• Đo điện trở trên PCB đã hoàn thành (có thể sans MCU). Tìm kiếm bằng chứng về thông lượng chưa được làm sạch đủ tốt và có thể làm giảm sức đề kháng.

Tôi giả sử mục đích của bài tập này là để tụ điện nguồn là OK.

Trừ khi bạn đang mua những thứ đáng kinh ngạc, và do đó, sẽ có người mua để làm cho nhà sản xuất lắng nghe, phân tích vật lý của các tụ điện sẽ không giúp bạn có được những bộ phận tốt, ngay cả khi bạn có thể hình dung những gì sai và làm thế nào để thay đổi quy trình của nhà sản xuất.

Đầu tiên, xác định tất cả các nhà sản xuất tụ điện khác nhau. Sau đó mua một vài mẫu của một tụ điện phù hợp từ mỗi. Đo rò rỉ của chúng trước khi hàn. Hàn vào bảng và hài lòng rò rỉ của họ. Xác định số phần cụ thể có thể mua, hoặc không nên mua, do kết quả của các thử nghiệm này. Sau đó dính vào số phần tốt.

Cảnh báo, các phép đo rò rỉ khó thực hiện tốt, chờ đủ lâu, kiểm tra các dòng ký sinh như DMM và dòng đầu vào bộ khuếch đại, đảm bảo các chất gây ô nhiễm bề mặt không làm cho bo mạch bị rò rỉ.

220uF là một rất nhiều cho một tụ điện SMD. Bạn có thể nhận được kết quả tốt hơn bằng cách sử dụng tỷ lệ điện dung / âm lượng cực ít, ngay cả khi điều đó có nghĩa là sử dụng nhiều bộ phận hơn. Các nhà sản xuất sử dụng các loại gốm khác nhau cho các tỷ lệ C / V khác nhau và bạn có thể thấy rằng rò rỉ đã được hy sinh cho công suất theo tỷ lệ kích thước cụ thể mà bạn đã mua. Lưu ý rằng các chỉ định như X7R, Y5U, v.v. không xác định gốm, chỉ có tempco và thông số dung sai. Họ không xác định voltco (một tính năng rất xấu của gốm có tỷ lệ C / V cao) và cũng sẽ không xác định bất kỳ thông số kỹ thuật rò rỉ nào.