多年前，我在一家做汽車嵌入式控制系統(tǒng)的公司工作，我和同事為一款產(chǎn)品設(shè)計(jì)了新的PCB布局。這款產(chǎn)品原本工作良好，不過(guò)需要簡(jiǎn)化PCB組裝并提高生產(chǎn)速度。

我們完全改變了PCB布局，并對(duì)新的PCB進(jìn)行了驗(yàn)證測(cè)試。結(jié)果讓人滿意，我們倍受鼓舞，將PCB投入批量生產(chǎn)。

該P(yáng)CB組件開(kāi)始安裝到車輛中。過(guò)了幾天，生產(chǎn)線打來(lái)電話，說(shuō)有一個(gè)組件完全不能正常工作。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室對(duì)這個(gè)組件進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)其電路中有一個(gè)多層陶瓷（MLC）電容燒毀了。很快我們接到更多電話，都是反映同樣的故障。如果是電阻這樣燒了還可以理解，但在電容器中發(fā)現(xiàn)這種故障就很讓人很吃驚了。

我們首先懷疑電容器的質(zhì)量有問(wèn)題，于是詢問(wèn)了電容器制造商，電容器制造商說(shuō)他們之前只檢查了產(chǎn)品的一個(gè)樣本，現(xiàn)在同意在制造時(shí)檢查每一個(gè)電容器。但是即使在這樣做了之后，電容器的故障率仍然沒(méi)有跟原來(lái)一樣。

我們接著檢查了新的布局，以便進(jìn)一步弄清到底是什么原因引起了這一問(wèn)題。這個(gè)MLC電容器是用來(lái)對(duì)其中一個(gè)數(shù)字輸入進(jìn)行ESD保護(hù)的，它在原來(lái)的布局中也是這樣使用的。我們檢查了電容器的額定電壓，沒(méi)有問(wèn)題。我們還注意到，同一塊板子的不同輸入使用了多個(gè)相同規(guī)格的電容器，都是用來(lái)進(jìn)行ESD保護(hù)的，但是只有這個(gè)位置的電容器壞了。最后，我們換回到以前的PCB，不會(huì)發(fā)生任何故障。

通過(guò)進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，我們?cè)谥匦略O(shè)計(jì)PCB布局時(shí)改變了電容器的位置。在新的PCB布局中，它的位置是在一個(gè)表面安裝孔附近，所有故障都是給PCB裝上外殼以后發(fā)生的。

我們查閱了幾篇關(guān)于MLC電容器的應(yīng)用筆記，了解到由于多層陶瓷電容的易脆特性，與表面安裝中使用的其他組件相比，MLC電容器更容易受到過(guò)大的機(jī)械應(yīng)力。在這個(gè)例子中，當(dāng)我們擰緊安裝螺釘時(shí)，PCB會(huì)稍微彎曲。電路板的過(guò)度彎曲會(huì)使陶瓷電容器內(nèi)部產(chǎn)生機(jī)械裂紋。時(shí)間久了，濕氣慢慢滲透到裂縫中，導(dǎo)致絕緣電阻降低，而濕度和溫度會(huì)加速絕緣電阻的降低，從而產(chǎn)生導(dǎo)電通路。結(jié)果電容器短路了，并且由于流過(guò)電容器的電流較大，使電容器燒毀。盡管在最終的組裝測(cè)試中這些機(jī)械裂紋可能不會(huì)導(dǎo)致電容器故障，但一旦產(chǎn)品投入使用，就可能發(fā)生故障，這時(shí)候再改正錯(cuò)誤不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且代價(jià)昂貴。

為了證實(shí)這一推論，我們從一塊工作正常的電路板上拆下了一個(gè)電容器，但是我們猜測(cè)這個(gè)電容器已經(jīng)在安裝過(guò)程中受到了擠壓。我們把這個(gè)電容器送去進(jìn)行截面分析，發(fā)現(xiàn)電容器中確實(shí)有裂紋，在現(xiàn)場(chǎng)使用中可能會(huì)損壞。后來(lái)我們?cè)俅涡薷牧薖CB布局，讓這個(gè)電容器的安裝位置遠(yuǎn)離安裝孔。完成修改后，與機(jī)械應(yīng)力有關(guān)的所有關(guān)鍵測(cè)試均很成功，后來(lái)再也沒(méi)有出現(xiàn)這種故障了。

汽車嵌入式控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)人員非常重視電氣過(guò)應(yīng)力，同時(shí)他們還需要考慮電阻和電容器等小元件的機(jī)械過(guò)應(yīng)力。盡管許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)都提供了保護(hù)元件免受過(guò)應(yīng)力的指南，但由于缺乏類似的機(jī)械過(guò)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)，這一問(wèn)題引起了人們的關(guān)注。

編輯：hfy