陶瓷SMD电容基本常识及使用规范 Rev A

1、陶瓷SMD電容的基本常識及使用規范發行日期：2012.10.26 REV: A一、 制定規范之目的：避免陶瓷SMD電容在轉運、儲存、安裝時以及安裝之後的制程中因不當操作而被損傷進而導致使用該SMD電容的產品出現品質問題。二、 規范適用范圍：所有陶瓷SMD電容在使用時均需遵循此規范三、 陶瓷SMD電容的基本外貌： 上圖僅供參考，實際的陶瓷SMD電容按長(L)寬(W)不同有很多尺寸規格。注：一般厚度(T)不會作規定，因為容量大的SMD電容其厚度(T)也會跟著大。四、 陶瓷SMD電容的基本結構：1. 陶瓷SMD電容的基本結構就是一對叉指形電極的組合體（有點類似千層餅結構），各電極之間有絕緣層進行隔離

2、，見下圖所示： 2. 以下是真正SMD電容的切片照片，從中我們可以看到一層一層的結構：注：此照片是一個受損SMD電容的切片照片,照片的左上角顯示此電容有一條明顯的裂痕。五、 可以導致陶瓷SMD電容損壞的常見原因：我們已經知道陶瓷SMD電容內部是層狀結構, 各分層是非常薄的(隻有微米級厚度)、很容易因外部機械應力而折斷，加之陶瓷材料跟普通玻璃一樣不容易導熱，驟熱驟冷都會導致其因膨脹系數不均勻而出現爆裂(就象普通玻璃杯內突然到入開水或凍水出現爆裂一樣)，另外，各陶瓷SMD電容都有各自的耐壓等級，當電壓超過它的耐壓極限時就會出現擊穿損壞，歸納起來，可以導致SMD電容損壞的外部原因有三個：機械應力,

3、熱應力, 過電壓，以下就陶瓷SMD電容因這三個原因而損壞的機理分別作具體解說：1. 機械應力的損害：1-1. SMD電容在運輸、搬運過程中或儲存時受到因擠壓、跌落、碰撞等原因而產生的破壞性應力1-2. 貼片時產生的沖擊應力：貼片機吸嘴行程和彈力不當, 導致貼片時SMD電容中央部位受到吸嘴過大的沖擊力而出現裂紋, 如下圖所示：貼片定位時, SMD電容兩端受到定位卡盤過大的夾力而致內部出現裂紋, 如下圖所示：1-3. 加錫太多產生的機械應力： 理想的加錫量应为电容器厚度的1/2或1/3, 如下图所示： 加錫太多的话,焊锡冷卻收缩時產生的應力也會加大, 這就会导致贴片电容內部被應力崩裂, 下圖顯示S

4、MD電容右邊加錫太多而導致冷卻時左邊被冷卻收缩時產生的應力崩裂：1-4. PCB彎曲時產生的應力：PCB彎曲變形時會對SMD電容產生類似“掰”的應力, 就象掰甘蔗一樣導致SMD電容內部出現裂紋甚至斷裂, 如下圖所示：導致PCB彎曲變形的基本原因有：PCB因品質原因在錫爐或回流焊的高溫下出現彎曲變形, 過爐時PCB被元件重力壓彎曲而出爐之後未能恢復，組裝之後因機構尺寸配合不好而致PCB變形彎曲, 手工掰邊條時導致PCB彎曲變形. 特別注意： 去除PCB邊條時如果沒有使用切板機而是採用手掰的方式, 則操作時PCB會產生彎曲從而導致SMD電容被 “掰”斷, 如下圖所示： 1-5. 機板(PCBA)在

5、制程中因擠壓(如：打鉚釘)、跌落(如：摔機)、碰撞等原因而致機板上的SMD電容受到破壞性應力1-6. PCB設計不當, 靠近PCB邊沿的SMD電容跟PCB邊沿線垂直(見下圖2), 如此會導致SMD電容在制程的很多環節中都會很容易受到機械應力的傷害： 1-7. PCB邊條設計不理想(見以下圖1), 難以避免靠近PCB邊沿的SMD電容在切除邊條時受到破壞性應力, 但如改成以下圖2的方案則完全可以避免這個問題： 2. 熱應力的損害2-1. 補焊時產生的熱應力： 我們平常所說的熱沖擊就是指元器件在制程中所承受的溫度驟降值或驟升值, 就拿陶瓷SMD電容來說, 如果它在數秒內由常溫25突然升到125, 則

6、它受到的熱沖擊就是100, 但如果它在數秒內由高溫125突然降到25, 則它受到的熱沖擊也是100, 這個溫度的變化量常用T來表示（讀音近似：得他踢）, 熱沖擊一般用T來表述, 陶瓷SMD電容所能承受的熱沖擊一般不能超130, 如果超過這個數值, SMD電容內部就會出現裂紋而損壞, 補焊時如果沒有預熱或預熱不充分, 熱沖擊T就很高, 就會導致陶瓷SMD電容受熱應力而損壞.2-2. 回流焊或波峰焊時的熱應力： 回流焊或波峰焊溫度曲線設定不當, 導致預熱升溫速度過快(超過5/秒)或SMD電容本體承受的T超過130, 則SMD電容內部就會因熱沖擊而出現裂紋。3. 過電壓的損害 3-1. 當施加在SM

7、D電容兩端的電壓超過其額定耐壓值時, SMD電容內部的絕緣層就會被擊穿進而內部出現裂紋, 破坏區域大多位于电场容易集中的内部电极端部, 另外裂纹以破坏區域为起点呈放射状向外延伸, 如下圖所示：六、 陶瓷SMD電容使用規范以下依照SMD電容從儲存-到安裝到機板(PCBA)上這一正常流程來逐一介紹各個環節針對陶瓷SMD電容的注意事項：1. 儲存陶瓷SMD電容時的注意事項：1-1. 儲存環境的溫度控制在5-40、濕度控制在20-70RH, 溫度過高或濕度過大都會導致其端部的可焊性降低, 另外不要暴露在腐蝕性氣體當中, 否則也會降低可焊性.1-2. 儲存時間：自制造之日期起, 其儲存時間一般不能超過6

8、個月, 否則也會降低可焊性. 1-3. 陶瓷SMD電容性脆、容易破裂, 所以存放時其上方不可再堆放其他重物或大件材料.2. 陶瓷SMD電容轉運時的注意事項： 2-1.要輕拿輕放，禁止拋、摔、扔等傳遞動作, 以免被摔壞.2-2. 陶瓷SMD電容性脆、容易破裂, 所以轉運時其上方不可堆放其他重物或大件材料, 應將其放在各類轉運物料的上方, 以免被壓壞.2-3. 轉運過程中应该绝对避免剧烈碰撞或振动,否则有破碎的危险  .3. 陶瓷SMD電容貼片時的注意事項：3-1. 貼片機吸嘴底部的最大行程點必須居於PCB的上表面, 如果已伸到PCB底部則貼片時吸嘴會對SMD產生很大的沖擊力、

9、導致SMD受損.3-2. 貼片時吸嘴對SMD的壓力控制在1-3N(牛頓), 壓力太小則貼不牢、容易掉件, 壓力太大則容易將SMD沖壞.3-3. 要加強貼片機吸嘴的維護保養, 防止吸嘴被灰塵、油漬等雜質所阻滯、出現運行不暢(注：吸嘴若在行程的前段伸出慢而在行程的後段快速伸出也會對SMD產生大的沖擊力)3-4. 回流焊參數的設定：陶瓷SMD電容耐熱沖擊的能力因其尺寸和廠家不同而有差異, 一般的規律是, 體積越大, 耐熱沖擊的能力就越差, 從目前使用過的陶瓷SMD電容來看, Murata的最低耐熱沖擊能力T為130而最高可達190, 而AVX的最低耐熱沖擊能力T為100而最高僅為150, 綜合各方面

10、因數的考量, 建議設定回流焊的參數時請參照以下曲線圖：3-5. 錫膏制程中陶瓷SMD電容的後焊或補焊：當貼片之後出現掉件、移位、焊點異常(冷焊、錫少、連錫等)時就需要進行後焊或補焊, 後焊和補焊帶來的最大問題就是作業過程中會導致元件承受很高的熱沖擊, 眾多技術資料要求陶瓷SMD電容在加錫前需要預熱且預熱溫度逐步上升的速度不要超過每秒4, 實際手工作業時此要求很難滿足(說白了補焊是不得不採用的無奈之舉), 但通過對多年於這方面的作業實踐評估及折中考慮可以得出以下替代方案供補焊時選用： 3-5-1. 方案一：先用熱平板或烤箱將PCB預熱到100-130(注：如果有電解電容則溫度不要超過80, 如果

11、有塑料件則還應考慮塑料件的耐溫 ), 然後再用恆溫烙鐵(溫度約280-320)立即進行補焊. 如果是補貼SMD電容, 則推薦的手工焊接方法是：先將其中一個焊盘上的锡清幹凈，然后用烙铁在另一個焊盘上使锡融化，此时再把电容貼上去焊好，烙铁在整个过程中只接触焊盘而不接触电容，之后再用同樣方法焊好另一头。 注：陶瓷SMD電容在安裝前也需要事先預熱到110左右以降低焊接時的熱沖擊.3-5-2. 方案二： 前段過程同方案一, 隻是預熱之後改用熱風焊台進行熔錫補焊, 具體操作辦法是, 先在待補焊的焊點上加適量錫膏, 將熱風焊台的溫度設定為300-320, 手提風槍使出風口在陶瓷SMD電容正上方10-15厘米

12、處對準陶瓷SMD電容進行預熱, 預熱過程中出風口勻速下降、約在10-15秒靠近到陶瓷SMD電容進行熔錫補焊. 注意：針對焊盤處於寬厚大銅箔上的陶瓷SMD電容的補焊, 熱風焊台的溫度可以放寬到350-400, 但風槍出風口勻速下降的時間延長到20-30秒, 如果按此辦法還不能熔錫補焊的, 則需要考慮將這一位置的SMD電容點紅膠固定後過波峰焊進行補焊.3-5-3. 方案三：PCB不用熱平板或烤箱預熱, 直接用熱風焊台進行補焊, 具體操作辦法是, 先在待補焊的焊點上加適量錫膏, 將熱風焊台的溫度設定為300-320, 手提風槍使出風口在陶瓷SMD電容正上方20-30厘米處對準陶瓷SMD電容進行預熱,

13、 預熱過程中出風口勻速下降、約在20-30秒靠近到陶瓷SMD電容進行熔錫補焊. 注意：針對焊盤處於寬厚大銅箔上的陶瓷SMD電容的補焊, 熱風焊台的溫度可以放寬到350-400, 但風槍出風口勻速下降的時間延長到30-40秒, 如果按此辦法還不能熔錫補焊的, 則需要考慮將這一位置的SMD電容點紅膠固定後過波峰焊進行補焊.3-5-4. 按以上三個方案執行時的注意事項：3-5-4-1. 採用熱平板給陶瓷SMD電容預熱時, 不可先將熱平板升溫到100-130然後再將陶瓷SMD電容直接散開放到熱平板上進行預熱(如此SMD電容還是會受到大的熱沖擊), 可以用空白PCB制作一個烤架, 將SMD電容先放在常溫

14、下的烤架上, 然後再將烤架放到熱平板上進行預熱. 烤架的制作方法和要求：在空白PCB周圍和中心部位選幾個點焊上跳線, 跳線出腳控制在1-2mm, 這些出腳就是烤架的支撐腳, 如此烤架就制成了.3-5-4-2. 如果PCB上的陶瓷SMD電容附近有其他大體積元件, 預熱時陶瓷SMD電容因此不會直接跟熱平板表面接觸, 則可以直接將PCB放在熱平板上進行預熱.3-5-4-3. 但如果PCB上的陶瓷SMD電容比周圍其他元件都高、預熱時陶瓷SMD電容會因此直接接觸到熱平板表面（注：陶瓷SMD電容跟熱平板直接接觸會受到熱沖擊而損壞）, 則預熱時應將PCB的SMD面朝上放在熱平板上. 3-5-4-4. 如果P

15、CB不能在熱平板上預熱, 則可以放在烤箱預熱或直接採用方案三補焊.3-5-4-5. 預熱好的PCB最好在30秒之內完成補焊, 如果逾時還有一些焊點未能補焊則需要重新進行預熱(注：預熱之後放置時間越長, 則PCB溫度降低越多, 補焊時熱沖擊就越大). 3-5-4-6. 用烙鐵補焊時烙鐵頭不可碰到陶瓷SMD電容本體任何部位, 否則陶瓷SMD電容會因熱沖擊而受損！3-5-4-7. 操作過程中用來夾持SMD的鑷子必須光滑、無尖銳和毛刺且用輕力夾持, 以免SMD受傷. 3-5-4-8. 特別注意： 不管採用何種方案進行補焊, 補焊完成後都不要立即進行清洗, 一定要等補焊處的溫度自然下降到室溫後再進行清洗

16、, 否則SMD電容會因清洗劑的突然降溫而出現裂紋. 3-5-4-9. 制程中要注意對SMD元件的保護, 確保操作過程中PCB不彎曲變形, 最好在PCB底部墊上泡棉, 輕拿輕放,嚴禁摔機, 防止碰撞、掉機.3-6. 紅膠制程中陶瓷SMD電容的矯正和補貼：3-6-1. 陶瓷SMD電容的校正：如果SMD電容貼歪需要矯正, 則應將貼歪的SMD電容取下作廢, 然後換上新的SMD電容, 因為SMD電容在取的過程中已可能受外力而受損. 3-6-2. 陶瓷SMD電容的補貼：如果是採用紅膠補貼則應將PCB放進烤箱內烘烤2小時左右使紅膠固化(注意：如果PCB上沒有電解電容, 則烤箱溫度可以設定在90-100, 但

17、如果PCB上有電解電容, 則烤箱溫度應設定低一些, 為70-80), 如果是採用手工後焊則應嚴格執行以上第3-5項的要求.4. SMD板在轉運、儲存時的注意事項：4-1. 目前公司普遍採用排板轉運、儲存SMD板, 放板時要特別注意：4-1.1. PCB邊沿的SMD元件不得碰到排板, 如下圖所示：4-1-2. 排板的同一卡槽內不要放兩塊甚至多塊SMD板, 如下圖所示： 4-1-3. 已裝有SMD板的排板上方不得再堆放排板, 如下圖所示： 4-1-4. 轉運過程中应该绝对避免剧烈碰撞或振动, 如果因路面不平或轉運工具的原因無法避免剧烈振动, 則應採用泡棉保護進行轉運. 4-1-5. 如果轉運過程中

18、SMD板意外從轉運車上掉落, 則應將掉落的SMD板挑出來連同當時意外掉落的情況記錄一起交ME評估處理. 注：情況記錄包括：掉落的高度, SMD板哪一面著地, 地面情況(是水泥地？地毯地？木板地？)5. SMD板在準備加工時的注意事項：5-1. 如果SMD板是需要打鉚釘或銅柱的, 請在打鉚釘或銅柱時注意SMD板的放置方向及上下模的配置, 見下圖所示, 否則打鉚釘或銅柱時就會將SMD震壞：5-2. 如果SMD板是需要打鉚釘或銅柱的, 除了要遵循以上第5-1的要求之外, 還需要注意調好沖壓機上模的行程, 見下圖所示, 否則鉚釘或銅柱壓不到位, 或鉚釘和銅柱肩部嵌入PCB導致SMD被應力損壞:5-3.

19、 如果PCB上鉚釘或銅柱安裝孔的周圍附近有SMD電容並且已經上錫則不可再進行打鉚釘或銅柱, 見下圖所示, 否則SMD電容很容易在打鉚釘或銅柱時被震壞： 注：如果有這樣的問題存在, 工程需要跟客戶溝通, 將鉚釘或銅柱由壓接改為焊接.5-4. 如果PCB上鉚釘或銅柱周圍附近有SMD電容, 則給鉚釘或銅柱加錫時應先用熱平板或烤箱將PCB預熱到100-130（注：陶瓷SMD電容不可以直接跟熱平板接觸）. 注：注意預熱時間的控制, PCB在110-130溫度段的保持時間建議不要超過5分鐘, 否則半導體材料有可能會被烤壞, 另外, 如果PCB上有貼片電解電容, 則預熱溫度最好不要超過80(注：遇到此類情況

20、, 工程需要考慮最佳制程, 既要避免陶瓷SMD電容遭受熱沖擊又要避免貼片電解電容被烤壞, 比如可以考慮貼片電解電容為後焊從而預熱溫度可以提高).钽钽5-5. 特別確定好分板和切除邊條的時機, 如果過錫之後PCB因元件妨礙而不能用切板機分板或切除邊條的, 則分板和切除邊條的工作應提前到準備組進行. 注：工程在確定PCB連板方案時應提前考慮好分板和切除邊條的問題.5-6. 準備加工過程中注意加強對SMD元件的保護, 特別要注意陶瓷SMD電容不要被碰到、壓到.6. SMD板在插機時的注意事項：6-1. 插件時注意力度, 不要使PCB產生彎曲, 如果插裝電感、變壓器、散熱片等需要加大力度, 則請在焊錫

21、面用手將PCB托住後再插裝.6-2. 插裝及傳送過程中注意加強對SMD元件的保護, 特別要注意陶瓷SMD電容不要被碰到、壓到（例如：彎腳時鉗子不要碰到SMD元件）.7. SMD板在過波峰焊時的注意事項：7-1. 過錫之前應根據PCB的負重情況給PCB增加托盤治具, 以避免PCB在過錫之後彎曲變形、使陶瓷SMD電容遭受 “掰”的應力而受損. 7-2. 設定好錫爐參數, 确保SMD被充分预热, SMD本體溫度和錫槽內焊錫溫度之间的差值(即T)不大于100到130, 以下為比較理想的錫爐溫度曲線圖, 供參考, 實際過錫時會根據所有元件的上錫情況作些微調：()30025020015010050過錫3秒

22、之內自然冷卻到室溫錫溫250260預熱1分鐘以上PCB焊錫面溫度7-3. PCB出爐之后的冷却方法应尽可能是自然冷却(目前採用的風扇強制冷卻方式基本可以接受)7-4. 剛出爐的PCB雖然已經通過風扇強制冷卻, 但溫度還是很高的(起碼70以上), 所以此時還不能進行清洗, 否則清洗劑的突然降溫會使陶瓷SMD電容受到沖擊而損壞.7-5. 搞好錫爐出口跟流水拉的對接措施, 確保PCB出爐之後能被平緩的傳送到流水拉上.7-6. 注意錫爐出口處的流水拉上不可堆機（流水拉其他段也不可如此）, 以免PCB之間互碰, 禍及SMD元件. 7-7. 去除PCB焊錫面的高溫膠紙等輔助材料時請注意所用的鑷子等工具不要

23、碰到陶瓷SMD電容.7-6. 完成過爐後的PCB最好放在防靜電泡棉上進行流通, 直到組裝完成.參考信息：相對於波峰焊而言, 刷錫膏過回流焊對SMD材料的熱傷害程度最低, 所以, 如果條件允許的話, 請盡量為SMD採用刷錫膏過回流這一制程.8. SMD板在檢修時的注意事項：當過爐之後出現掉件、移位、焊點異常(冷焊、錫少、連錫等)時就需要進行後焊或補焊, 後焊和補焊帶來的最大問題就是作業過程中會導致元件承受很高的熱沖擊, 眾多技術資料要求陶瓷SMD電容在加錫前需要預熱且預熱溫度逐步上升的速度不要超過每秒4, 實際手工作業時此要求很難滿足(說白了補焊是不得不採用的無奈之舉), 但通過對多年於這方面的

24、作業實踐評估及折中考慮可以得出以下替代方案供補焊時選用：8-1. 方案一：先用熱平板或烤箱將PCB預熱到100-130(注：如果有電解電容則溫度不要超過80, 如果有塑料件則還應考慮塑料件的耐溫), 然後再用恆溫烙鐵(溫度約280-320)立即進行補焊. 如果是補貼SMD電容, 則推薦的手工焊接方法是：先將其中一個焊盘上的锡清幹凈，然后用烙铁在另一個焊盘上使锡融化，此时再把电容貼上去焊好，烙铁在整个过程中只接触焊盘而不接触电容，之后再用同樣方法焊好另一头。8-2. 方案二： 前段過程同方案一, 隻是預熱之後改用熱風焊台進行熔錫補焊, 具體操作辦法是, 先在待補焊的焊點上加適量錫膏, 將熱風焊台

25、的溫度設定為300-320, 手提風槍使出風口在陶瓷SMD電容正上方10-15厘米處對準陶瓷SMD電容進行預熱, 預熱過程中出風口勻速下降、約在10-15秒靠近到陶瓷SMD電容進行熔錫補焊. 注意：針對焊盤處於寬厚大銅箔上的陶瓷SMD電容的補焊, 熱風焊台的溫度可以放寬到350-400, 但風槍出風口勻速下降的時間延長到20-30秒, 如果按此辦法還不能熔錫補焊的, 則需要考慮將這一位置的SMD電容點紅膠固定後過波峰焊進行補焊.8-3. 方案三：PCB不用熱平板或烤箱預熱, 直接用熱風焊焊台進行補焊, 具體操作辦法是, 先在待補焊的焊點上加適量錫膏, 將熱風焊台的溫度設定為300-320, 手

26、提風槍使出風口在陶瓷SMD電容正上方20-30厘米處對準陶瓷SMD電容進行預熱, 預熱過程中出風口勻速下降、約在20-30秒靠近到陶瓷SMD電容進行熔錫補焊. 注意：針對焊盤處於寬厚大銅箔上的陶瓷SMD電容的補焊, 熱風焊台的溫度可以放寬到350-400, 但風槍出風口勻速下降的時間延長到30-40秒, 如果按此辦法還不能熔錫補焊的, 則需要考慮將這一位置的SMD電容點紅膠固定後過波峰焊進行補焊.8-4. 按以上三個方案執行時的注意事項：8-4-1. 採用熱平板給陶瓷SMD電容預熱時, 不可先將熱平板升溫到100-130然後再將陶瓷SMD電容直接散開放到熱平板上進行預熱(如此SMD電容還是會受

27、到大的熱沖擊), 可以用空白PCB制作一個烤架, 將SMD電容先放在常溫下的烤架上, 然後再將烤架放到熱平板上進行預熱. 烤架的制作方法和要求：在空白PCB周圍和中心部位選幾個點焊上跳線, 跳線出腳控制在1-2mm, 這些出腳就是烤架的支撐腳, 如此烤架就制成了.8-4-2. 如果PCB上有銅柱支撐, 預熱時SMD不會碰到熱平板, 則可以直接將PCB放在熱平板上進行預熱(例如XP機種一般都有銅柱在PCB上), 8-4-3. 如果PCB上沒有銅柱, 但有一些功率晶體比SMD電容高(例如N2Power機種), 則也可以直接將PCB放在熱平板上預熱, 8-4-4. 但如果某些PCB上既沒有銅柱又沒有

28、功率晶體比SMD電容高, 則預熱最好在烤箱內進行(注意SMD面朝上), 或使用熱風焊台進行預熱補焊, 方法見第8-3（方案三）8-4-5. 預熱好的PCB最好在30秒之內完成補焊, 如果逾時還有一些焊點未能補焊則需要重新進行預熱(注：預熱之後放置時間越長, 則PCB溫度降低越多, 補焊時熱沖擊就越大). 8-4-6. 用烙鐵補焊時烙鐵頭不可碰到陶瓷SMD電容本體任何部位, 否則陶瓷SMD電容會因熱沖擊而受損！8-4-7. 操作過程中用來夾持SMD的鑷子必須光滑、無尖銳和毛刺且用輕力夾持, 以免SMD受傷. 8-4-8. 特別注意： 不管採用何種方案進行補焊, 補焊完成後都不要立即進行清洗, 一定要等補焊處的溫度自然下降到室溫後再進行清洗, 否則SMD電容會因清洗劑的突然降溫而出現裂紋.8-4-9. 制程中要注意對SMD元件的保護, 確保操作過程中PCB不彎曲變形, 最好在PCB底部墊上泡棉, 輕拿輕放,嚴禁摔機, 防止碰撞、掉機.9. SMD板在分板時的注意事項：9-1. 一定要使用分板機進行分板或去除邊條, 如因特殊原因不能使用分板機的請通知工程評估後再處理.9-2. 分板前最好先在分板機平台上粘貼一塊泡棉, 以避免分板時SMD板掉落到分板機平台上受到沖擊.9-3. 工程在規劃PCB連板方