MLCC 热应力导致机械裂（热冲击）失效分析技术文档

1 概述

多层陶瓷电容器（MLCC）在焊接、高低温循环等使用场景中，若短时间遭遇温度急剧变化，陶瓷介质、内电极、端电极以及 PCB 基材之间，会因热膨胀系数、导热性能的差异产生瞬时机械张力。当该热应力超过陶瓷本体的承受极限，元件内部会产生裂纹，即热冲击型机械裂。该失效会引发电容漏电、短路或者开路，是 MLCC 典型的热相关失效模式。本文阐述该失效的定义、机理、形貌特征、诱因以及改善对策，并简要介绍 MLCC 生产与出厂质控流程。

2 失效定义

热应力导致的机械裂（热冲击），指电容器在使用过程中，因结构无法在短时间内释放温度急剧变化带来的机械张力而产生开裂；张力来源于不同材料之间热膨胀系数、导热性、温度变化速率的差异，最终造成陶瓷本体结构破坏。

失效对象：MLCC 片式多层陶瓷电容器
故障模式：电容漏电、电容短路、开路
故障现象：电容介质内部出现裂纹，典型分为顶部裂纹（Top crack）与侧边裂纹（Side crack）两类形态。

3 失效机理与诱因分析

MLCC 是由陶瓷介质、金属内电极、端电极等多种材料复合烧结制成。各类材料热膨胀特性不一致，当温度快速升降，各材料层伸缩速率不同，会在元件内部产生内应力。温变速率越快，瞬时热应力越大，一旦应力超出陶瓷断裂阈值，就会产生热裂纹。主要诱因如下：

焊接峰值温度过高，元件承受过高瞬时高温，产生剧烈热膨胀；
预热温度不足或预热时间过短，元件本体内部温差较大，进入高温区间瞬间产生强烈热冲击；
焊接结束后快速降温，陶瓷与电极层收缩不同步，诱发内部裂纹；
MLCC 本体材料匹配缺陷，陶瓷介质与内部电极烧结收缩不匹配，产品自带隐性缺陷，在热冲击环境下更容易发生开裂。

典型发生场景包含回流焊、波峰焊、手工烙铁补焊、高低温快速温变可靠性测试。

4 失效形貌特征

金相切片观察是判定热冲击裂纹的核心检测手段。

裂纹主要分为顶部裂纹（Top crack）与侧边裂纹（Side crack）两种典型形态；
裂纹起始于元件表面或侧边位置，向多层陶瓷介质内部延伸，严重时可贯穿多条内电极；
电气失效表现：裂纹连通内电极时会造成漏电、短路；裂纹完全切断内电极通路，则表现为开路；
失效区分要点：热冲击裂纹和温度骤变强相关，可与 PCB 弯折、贴片下压带来的外部机械应力裂纹做区分。

5 MLCC 制程与出厂质量管控

MLCC 完整生产流程依次为原料、流延、印刷、叠层、压合、切割、排胶、烧结、倒角、端电极沾覆、电镀、测试分选、编带，全工序均设置品质检验点。产品出厂设置两道全检关卡：

测试机 100% 全检：完成电性能全参数测试，筛除电气不良品；
六面外观机 100% 分�。翰捎霉庋夤奂觳猓蕹杉夤廴毕�。

需要说明，热冲击裂纹大多属于元件装配后受应力产生的损伤，出厂检测无法提前预判客户端焊接或温变环境下产生的隐性热裂纹。

6 改善解决对策

针对焊接温度过高、预热温度偏低、预热时间不足、焊后降温过快这类问题，对应的改善方向：首先要确保产品焊接峰值温度控制在 270℃以内；其次保证充足的预热温度以及预热时长，缩小元件本体内部温差；焊接完成之后，禁止骤冷处理，采用平缓的降温曲线。

如果判定为 MLCC 产品本身质量问题，多是陶瓷介质与内部电极烧结收缩不匹配导致，需要回收不良样品，结合实际情况开展 DPA 失效分析，定位根本原因。

7 失效验证与检测建议

怀疑 MLCC 因热冲击发生热裂失效时，可对失效元件进行树脂包埋、金相研磨切片，在显微镜下观察裂纹位置与走向，以此区分是热冲击裂纹，还是外力弯折造成的机械裂纹。