Sección transversal de los capacitores de cerámica

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Estoy tratando de hacer un análisis de fallas de un montón de condensadores de cerámica.

Breve descripción de la aplicación:

10 paquetes de 1210 condensadores cerámicos de 220 µF se colocan en paralelo con una batería de 3.6 V. Una MCU se despierta periódicamente (máximo una vez por minuto) y extrae la corriente (máximo pico 10-15 mA durante unos pocos milisegundos). El tiempo total antes de volver a la suspensión de energía extremadamente baja es de 130 ms. Se supone que los condensadores tienen suficiente energía para cubrir esto sin caer por debajo de 1,6 V (voltaje de alimentación mínimo para la MCU).

Esto es necesario ya que la temperatura de funcionamiento es baja y la batería no puede entregarse. La batería tiene tiempo suficiente para recargar los condensadores mientras la MCU está inactiva.

Estoy sospechando cortocircuitos en los condensadores. Porque:

  • La batería se ha agotado muy rápidamente en algunos de mis PCB
  • Por lo que he leído, los condensadores cerámicos, especialmente en paquetes grandes, son sensibles a la tensión mecánica y pueden agrietarse, causando cortocircuitos

Para ver esto por mí mismo, he intentado hacer secciones transversales, pero me cuesta entender lo que estoy viendo.

Cómo hice la sección transversal:

  • Se utilizó un dremel para cortar la esquina de la PCB donde se colocan los condensadores
  • Moldeado los PCB cortados en pegamento epoxi para facilitar el manejo
  • Usó una hoja de sierra circular de diamante para hacer una sección transversal aproximadamente en el medio de los condensadores (a lo largo)
  • Pulido húmedo y pulido hasta 1 micra y luego 1 µ de película de lapeado

Repetí esto en dos PCBs.

Hay 3 condensadores uno al lado del otro:

Aquípuedeverunadiferenciadecolorentreloscondensadores,lapartesuperiorderechaylaparteinferiorcentralsondecolormásoscuro.Perocomopuedesver,noenlamismaposición.

Notengosuficienterepresentanteparaagregartodaslasimágenes.Oscomentaréenlacesatodaslasimágenes.Agradeceríasialguienpudieraeditaryagregarlasimágenesalapublicación.

Losdecolormásoscuro(arribaaladerecha,abajoalamitad)sevenasídecerca.

Casiloqueesperabaqueparecierauncapacitorcerámico.Almenospuedesveralgúntipodecapas.Perolascapasnosontansólidascomoesperaba.¿Puedeserestedañocausadoporelpulidoypulido?

Ladistanciaentrelascapasesde2µm.

Losdecolormásclarosevenasí:

¡¿Quéesesto?!Puedeporejemplo¿Lascorrientesaltashacenquelascapassefundanjuntasdeestamanera?¿Oestotambiénpuedesercausadopormipulidoypulido?

Aquípodemosverunaburbujadeaireenlasoldadura.Perolabrechacercadelfondo,¿puedesereldañocausadoporlatensiónmecánica?

Más tarde intenté rectificar y pulir un poco más en los condensadores. Se ve exactamente igual. Si la extraña ondulación y / o las capas rotas hubieran sido causadas por el esmerilado y pulido, espero que las características hayan cambiado. Por ejemplo, uno ondulado ahora ha roto las capas en su lugar, y al revés.

Los condensadores exactos utilizados son Taiyo Yuden JMK325ABJ227MM-T

    
pregunta Filippa

2 respuestas

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Me parece que el pulido / pulido se ha hecho bastante bien (con más cuidado podría tener menos arañazos), y está viendo una imagen precisa y sin daños de la sección transversal del capacitor.

Las imágenes "oscuras" son más o menos lo que esperaría ver en un condensador cortado a través de los planos de los electrodos. Electrodos metálicos en una matriz cerámica más oscura. Para los condensadores de menor valor esperaría ver líneas paralelas más gruesas, pero para que las líneas sean ligeramente onduladas y rotas no es una gran sorpresa. Espero que esto resulte de los pasos especiales que han tomado para obtener la capacitancia muy alta en un paquete pequeño. Posiblemente una combinación de electrodos de rejilla en lugar de planos, y aplastar / formar la cerámica después de construir las capas pero antes de la cocción final para obtener las capas más delgadas.

Las imágenes "pálidas" son más o menos lo que esperaría para un condensador en sección paralela a los planos de electrodo. Suponiendo que haya utilizado una amoladora metalográfica (parece que sí), entonces su plano de sección es plano, pero los electrodos no lo son. Por lo tanto, obtiene características similares a un contorno donde el electrodo cruza el plano de sección.

Dudo que encuentres tu fuga en estas imágenes. Otros lugares para mirar:

  • Revise las hojas de datos para la resistencia esperada. ¿Es tan alto como pensabas? Verifique las condiciones bajo las cuales se encuentra en la hoja de datos, vea si es probable que su entorno lo empeore.
  • Verifique un lote de nuevos capacitores para ver cuáles son las resistencias
  • Verifique un montón de condensadores de los retornos de garantía para ver si la capacitancia o la resistencia ha cambiado.
  • Mida las resistencias en su PCB antes del ensamblaje (debe ser agradable y alto)
  • Mida la resistencia en una PCB completada (quizás sin MCU). Busque evidencia de flujo que no se haya limpiado lo suficientemente bien y que pueda reducir la resistencia.
respondido por el Jack B
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Supongo que el propósito de este ejercicio es generar condensadores que estén bien.

A menos que esté comprando millones de cosas, y así tendría la capacidad de compra para que el fabricante escuche, hacer un análisis físico de los capacitores no lo hará avanzar en el camino de poder obtener buenas piezas, incluso si puede averiguar qué está mal y cómo cambiar el proceso del fabricante.

Primero, identifique a todos los fabricantes de capacitores diferentes. Luego compre algunas muestras de un capacitor adecuado de cada uno. Medir su fuga antes de soldar. Suelde a las juntas y vuelva a medir su fuga. Identifique el número de pieza específico que está bien comprar o que no debe comprar, como resultado de estas pruebas. Entonces apégate a los buenos números de parte.

Advertencia, las mediciones de fugas son difíciles de hacer bien, espere lo suficiente, verifique las corrientes parásitas como el DMM y las corrientes de entrada del amplificador, asegúrese de que los contaminantes de la superficie no hagan que la placa se filtre.

220uF es un lote para un capacitor SMD. Puede obtener mejores resultados al utilizar una relación de capacidad / volumen menos extrema, incluso si eso significa usar más partes. Los fabricantes utilizan diferentes tipos de cerámica para diferentes relaciones C / V, y es posible que descubra que la fuga se ha sacrificado por la capacidad en la relación de tamaño particular que compró. Tenga en cuenta que las designaciones como X7R, Y5U, etc. no identifican la cerámica, solo la especificación de tempco y tolerancia. No identifican el voltco (una característica muy mala de las cerámicas de alta relación C / V) y tampoco identificarán ninguna especificación de fugas.

    
respondido por el Neil_UK

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