Estudo e análise de falhas em capacitores cerâmicos multicamadas

Referencia Apresentador Autores
(Instituição)
Resumo
10-001
Tatiana Regina Fonseca Fonseca, T.R.(Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais); Antonelli, E.(Universidade Federal de São Paulo); Augusto, P.(Universidade Federal de São Paulo); Capacitores cerâmicos de multicamadas (MLCC- multilayer ceramic chip capacitors) são componentes eletrônicos com amplas aplicações. O capacitor MLCC é construído como um chip monolítico constituído de uma estrutura de multicamadas (eletrodos/dielétricos). Muitas vezes estes dispositivos sofrem falhas, o que prejudica o desempenho da sua função. As falhas podem ocorrer na superfície da cerâmica na forma de macro trincas ou entre as camadas da cerâmica/eletrodo. As falhas encontradas nos capacitores muitas vezes ocorrem durante a manipulação destes componentes durante a montagem, tendo como origem esforços mecânicos e térmicos. Quando ocorre a falha do componente devido a trincas, estas são, em geral, verificadas realizando a microscopia da amostra seccionada. Porém, esta técnica pertence ao grupo de ensaios destrutivos e pode comprometer a análise da falha se realizada sem ensaios complementares. Este trabalho tem por objetivo verificar e analisar a ocorrência de trincas em capacitores cerâmicos MLCC por meio de ensaios não destrutivos utilizando a técnica de espectroscopia de impedância. Os capacitores cerâmicos escolhidos para este estudo são do tipo X7R, componentes que tem como principal composição o BaTiO3. Estes capacitores são inicialmente soldados no centro de placas de circuito confeccionadas especialmente para possibilitar a realização dos ensaios (400mm/200mm). Estas placas são submetidas a ensaios de flexão três pontos (EMIC) enquanto a capacitância do capacitor é monitorada, em uma frequência fixa (1 kHz) utilizando um impedâncimetro (Solartron SI1260). Verificou-se que a capacitância inicial (1µF) se mantém constante até uma flexão de ~10mm da placa. No decorrer da flexão existe uma desordem na curva de capacitância, sendo que esta tende a retomar um valor constante, mas menor, quando a tensão é retirada da placa. Caracterizações da impedância em função da frequência, realizadas antes e após a flexão da placa, indicam que quando o capacitor MLCC é submetido a uma tensão DC (1 V) uma ressonância é observada em altas frequências, como esperado em materiais piezelétricos. Esta ressonância tem seu comportamento fortemente alterado após o ensaio de flexão. Posteriormente esta mudança na ressonância foi também verificada em cerâmicas de BaTiO3 puras, preparadas pela técnica de mistura de óxidos e propositadamente sinterizadas com vazios internos simulando trincas. Realizados os ensaios não destrutivos, a presença de trincas nos capacitores MLCC foi confirmada utilizando a microscopia eletrônica de varredura (FEI Inspec S50) da amostra seccionada (ensaio destrutivo). Conclui-se que a observação da ressonância do capacitor, utilizando a técnica de espectroscopia de impedância, pode ser utilizada como ferramenta para detecção de trincas em capacitores MLCC. Ainda, as caracterizações da capacitância durante o ensaio de flexão indicam que são necessárias grandes flexões (~10mm) da placa para se danificar o capacitor MLCC.
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