超声波如何捕获电容器缺陷

大多数MLCC相对便宜，但是当电容器失效时，后果可能是从视频图像的微小变化到系统完全故障。因此，他们的测试很重要。

多层陶瓷片状电容器(MLCC)通过存储能量并在需要时释放能量来工作。它们由具有薄金属电极和较厚陶瓷电介质或绝缘体的交替层的堆叠组成。由于它们的分层结构，MLCC非常适合通过声学显微成像(AMI)工具进行检查。

该工具将超声波脉冲发送到MLCC的表面，并接收并分析零件内部的回波。它以每秒30,000次的速度执行此任务，同时在其表面上方的MLCC上进行扫描。最终结果是MLCC内部的声学图像，包括结构缺陷。

回波仅来自材料界面，即一种材料与另一种材料接触。在半导体器件中，这可能是模塑料和硅之间的界面，由于两种材料的声阻抗(声速x密度)值差异很大，因此回声会很强。

用于检查IC器件的AMI工具的操作员可能正在处理几到几个深度的特征，但是即使是小的低压MLCC也会具有数百个陶瓷和金属的交替层。在固体材料之间的界面处，一部分脉冲被反射，一部分通过界面传输。如果陶瓷和金属的声阻抗彼此非常不同，则在前几层之后，发射的脉冲可能会完全衰减。但是，MLCC中陶瓷和金属的声阻抗略有不同，因此即使有数百层，回波也可以脉冲进入MLCC的底层并从其反射。

MLCC的电气故障可能始于在组件制造期间捕获的空气夹杂物。夹杂物大致可分为两种：空隙和分层。空隙存在于电介质中，为球形或几乎任何其他形状，但通常比分层更立体。分层通常是电介质和电极之间的扁平气穴。

在热循环的机械和电应力作用下，空隙和分层都会扩大，从而引起介电击穿。当通过两个电极层之间的电介质形成导电路径并变为泄漏路径或短路时，就会发生故障。

因此，在将MLCC安装到板上之前(或者在必要时甚至在安装之后)，在MLCC中查找任何空隙或分层或其他气隙也是有益的。无论AMI工具是对单个MLCC还是对整个MLCC托盘成像，成像过程都遵循以下顺序：

换能器发出一个脉冲，并通过水柱传播3mm左右，到达MLCC表面上的精确xy位置。

水和MLCC表面之间的界面将一部分脉冲反射回换能器，在那里记录其传播时间(以纳秒为单位)，以提供换能器与MLCC之间精确距离的记录。

脉冲的另一部分穿过界面并传播到包含电容器的陶瓷金属层中，在该处金属在每个材料界面处都被轻微反射。

在电容器内，如果脉冲撞击到充气空隙或分层的顶表面，则实际上所有脉冲都会反射到换能器上，在那里测量其幅度，到达时间以及其他一些特性。由它制成的像素将是亮白色或亮红色，这两种颜色通常用于指示最大幅度的反射。

如果脉冲没有撞击到固体-空气界面，它将继续到达电容器的底部，并从那里反射回换能器。通过穿越这么多的最小反射界面(去向和返回)，脉冲/回波将失去能量。

图1示出了具有较大内部缺陷的MLCC的声像。向构成整个声像的数千个xy位置中的每个位置发出一个脉冲，然后将左侧颜色图中的颜色分配给每个位置。绿色像素代表二极电极组，红色代表周围的包装。