Querschnitt von Keramikkondensatoren

Ich versuche, eine Fehleranalyse einer Reihe von Keramikkondensatoren durchzuführen.

Kurzbeschreibung der Anwendung:

Parallel zu einer 3,6-V-Batterie werden 10 220-µF-Keramikkondensatoren 1210 eingesetzt. Eine MCU wird regelmäßig aktiviert (maximal einmal pro Minute) und nimmt Strom auf (maximaler Spitzenwert 10-15 mA für einige Millisekunden). Die Gesamtzeit bis zur Rückkehr in den Energiesparmodus beträgt 130 ms. Die Kondensatoren sollen genügend Energie aufnehmen, um dies zu decken, ohne unter 1,6 V zu sinken (Mindestversorgungsspannung für die MCU).

Dies ist erforderlich, da die Betriebstemperatur niedrig ist und der Akku nicht liefern kann. Der Akku hat genügend Zeit, um die Kondensatoren aufzuladen, während die MCU im Ruhezustand ist.

Ich vermute Kurzschlüsse in den Kondensatoren. Weil:

• Bei einigen meiner Leiterplatten ist der Akku sehr schnell leer
• Aus dem, was ich gelesen habe, Keramikkondensatoren, insbesondere in großen Gehäusen, sind empfindlich gegen mechanische Beanspruchung und können Risse und Kurzschlüsse verursachen

Um dies selbst zu sehen, habe ich versucht, Querschnitte zu erstellen, aber ich kann nicht verstehen, was ich sehe.

Wie ich den Querschnitt gemacht habe:

• Schneide mit einem Dremel die Ecke der Leiterplatte ab, an der die Kondensatoren platziert sind
• Formen Sie die abgeschnittenen Leiterplatten in Epoxidkleber, um die Handhabung zu erleichtern
• Verwenden Sie ein Diamant-Kreissägeblatt, um einen Querschnitt ungefähr in der Mitte der Kondensatoren (in Längsrichtung) zu erstellen.
• Nassschleifen und Polieren auf 1 Mikron und anschließend 1 µ Läppfilm

Ich habe dies auf zwei Leiterplatten wiederholt.

Es gibt 3 Kondensatoren nebeneinander:

Hier sehen Sie einen Farbunterschied zwischen den Kondensatoren, die oben rechts und unten in der Mitte dunkler sind. Aber wie Sie sehen, nicht in der gleichen Position.

Ich habe nicht genug Repräsentanten, um alle Bilder hinzuzufügen. Ich werde Links zu allen Bildern kommentieren. Würde mich freuen, wenn jemand die Bilder bearbeiten und zum Beitrag hinzufügen könnte.

Die dunkleren (oben rechts, unten in der Mitte) sehen aus wie diese Nahaufnahme.

Fast so, wie ich mir einen Keramikkondensator vorgestellt hatte. Zumindest sieht man eine Art Schichtung. Aber die Schichten sind nicht fest, wie ich erwartet hatte. Kann dies ein Schaden sein, der durch das Schleifen und Polieren verursacht wird?

Der Abstand zwischen den Schichten beträgt 2 µm.

Die helleren sehen so aus:

Was ist das?! Können zB hohe Ströme dazu führen, dass die Schichten so zusammenschmelzen? Oder kann das auch an meinem Schleifen und Polieren liegen?

Hier sehen wir eine Luftblase im Lot. Aber der Spalt in der Nähe des Bodens, kann das eine Beschädigung sein, die durch mechanische Beanspruchung verursacht wird?

Ich habe später versucht, etwas weiter in die Kondensatoren zu schleifen und zu polieren. Es sieht genauso aus. Wenn die seltsame Welligkeit und / oder die abgebrochenen Schichten durch das Schleifen und Polieren verursacht worden wären, erwarte ich, dass sich die Eigenschaften geändert hätten. ZB hat eine Wellenform jetzt stattdessen abgebrochene Schichten und umgekehrt.

Die genauen verwendeten Kondensatoren sind Taiyo Yuden JMK325ABJ227MM-T

Mir scheint, dass das Schleifen / Polieren ziemlich gut gelungen ist (mit größerer Sorgfalt könnten Sie weniger Kratzer haben), und Sie sehen ein genaues und unbeschädigtes Bild des Kondensatorquerschnitts.

Die "dunklen" Bilder sind mehr oder weniger das, was ich von einem Kondensator erwarten würde, der durch die Ebenen der Elektroden geschnitten wird. Metallelektroden in einer dunkleren Keramikmatrix. Bei Kondensatoren mit niedrigerem Wert würde ich dickere parallele Linien erwarten, aber wenn die Linien leicht gewellt und gebrochen sind, ist das keine große Überraschung. Ich gehe davon aus, dass dies auf die besonderen Maßnahmen zurückzuführen ist, die sie ergriffen haben, um die sehr hohe Kapazität in einem winzigen Gehäuse zu erreichen. Möglicherweise eine Kombination von Gitterelektroden anstelle von Ebenen und Quetschen / Formen der Keramik nach dem Aufbau der Schichten, jedoch vor dem endgültigen Brennen, um die Schichten dünner zu machen.

Die "blassen" Bilder sind mehr oder weniger das, was ich von einem Kondensator erwarten würde, der parallel zu den Elektrodenebenen geschnitten ist. Angenommen, Sie haben einen metallografischen Schleifer verwendet (sieht so aus), dann ist Ihre Schnittebene flach, die Elektroden jedoch nicht. So erhalten Sie konturähnliche Merkmale, bei denen die Elektrode die Schnittebene schneidet.

Ich bezweifle, dass Sie Ihre Undichtigkeit in diesen Bildern finden. Andere Orte zu sehen:

• Überprüfen Sie die Datenblätter auf den erwarteten Widerstand. Ist es so hoch wie du gedacht hast? Überprüfen Sie die Bedingungen, unter denen es im Datenblatt angegeben ist, und prüfen Sie, ob Ihre Umgebung es wahrscheinlich verschlimmert.
• Überprüfen Sie eine Reihe neuer Kondensatoren, um die Widerstände zu ermitteln
• Überprüfen Sie eine Reihe von Kondensatoren aus Ihrer Garantieerklärung, um festzustellen, ob sich die Kapazität oder der Widerstand geändert hat.
• Messen Sie die Widerstände auf Ihrer Leiterplatte vor der Montage (sollte schön und hoch sein)
• Messen Sie den Widerstand auf einer fertigen Platine (möglicherweise ohne MCU). Suchen Sie nach Hinweisen auf Flussmittel, die nicht gut genug gereinigt wurden und den Widerstand verringern könnten.

Ich gehe davon aus, dass der Zweck dieser Übung darin besteht, Kondensatoren zu beschaffen, die in Ordnung sind.

Wenn Sie nicht Unmengen von Dingen kaufen und die Kaufkraft des Herstellers dazu bringen würde, zuzuhören, wird eine physikalische Analyse der Kondensatoren Sie nicht auf dem Weg voranbringen, in der Lage zu sein, gute Teile zu erhalten, selbst wenn Sie es sich vorstellen können Finden Sie heraus, was falsch ist und wie Sie den Prozess des Herstellers ändern können.

Identifizieren Sie zunächst alle verschiedenen Kondensatorhersteller. Kaufen Sie dann jeweils ein paar Muster eines geeigneten Kondensators. Messen Sie die Leckage vor dem Löten. Auf Leiterplatten löten und deren Leckage erneut messen. Identifizieren Sie eine bestimmte Teilenummer, die als Ergebnis dieser Tests gekauft werden kann oder nicht gekauft werden sollte. Halten Sie sich dann an gute Teilenummern.

Achtung, Leckagemessungen sind schwierig, warten Sie lange genug, überprüfen Sie parasitäre Ströme wie DMM- und Verstärkereingangsströme und vergewissern Sie sich, dass die Platine nicht durch Oberflächenverunreinigungen undicht wird.

220 uF sind eine Menge für einen SMD-Kondensator. Sie erzielen möglicherweise bessere Ergebnisse, wenn Sie ein weniger extremes Kapazitäts- / Volumenverhältnis verwenden, auch wenn dies die Verwendung von mehr Teilen bedeutet. Die Hersteller verwenden unterschiedliche Keramiken für unterschiedliche C / V-Verhältnisse und stellen möglicherweise fest, dass die Leckage in dem von Ihnen gekauften Größenverhältnis für die Kapazität geopfert wurde. Beachten Sie, dass Bezeichnungen wie X7R, Y5U usw. nicht die Keramik identifizieren , sondern nur die Tempo- und Toleranzspezifikation. Sie identifizieren nicht das Voltco (ein sehr schlechtes Merkmal von Keramiken mit hohem C / V-Verhältnis) und identifizieren auch keine Leckspezifikationen.