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)計了新的PCB布局。這款產(chǎn)品原本工作良好，不過需要簡化PCB組裝并提高生產(chǎn)速度。

我們完全改變了PCB布局，并對新的PCB進行了驗證測試。結(jié)果讓人滿意，我們倍受鼓舞，將PCB投入批量生產(chǎn)。

該PCB組件開始安裝到車輛中。過了幾天，生產(chǎn)線打來電話，說有一個組件完全不能正常工作。我們在實驗室對這個組件進行了檢查，發(fā)現(xiàn)其電路中有一個多層陶瓷（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)量有問題，于是詢問了電容器制造商，電容器制造商說他們之前只檢查了產(chǎn)品的一個樣本，現(xiàn)在同意在制造時檢查每一個電容器。但是即使在這樣做了之后，電容器的故障率仍然沒有跟原來一樣。

我們接著檢查了新的布局，以便進一步弄清到底是什么原因引起了這一問題。這個MLC電容器是用來對其中一個數(shù)字輸入進行ESD保護的，它在原來的布局中也是這樣使用的。我們檢查了電容器的額定電壓，沒有問題。我們還注意到，同一塊板子的不同輸入使用了多個相同規(guī)格的電容器，都是用來進行ESD保護的，但是只有這個位置的電容器壞了。最后，我們換回到以前的PCB，不會發(fā)生任何故障。

通過進一步的研究發(fā)現(xiàn)，我們在重新設(shè)計PCB布局時改變了電容器的位置。在新的PCB布局中，它的位置是在一個表面安裝孔附近，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大的機械應(yīng)力。在這個例子中，當我們擰緊安裝螺釘時，PCB會稍微彎曲。電路板的過度彎曲會使陶瓷電容器內(nèi)部產(chǎn)生機械裂紋。時間久了，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，并且由于流過電容器的電流較大，使電容器燒毀。盡管在最終的組裝測試中這些機械裂紋可能不會導(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，這時候再改正錯誤不僅浪費時間，而且代價昂貴。

為了證實這一推論，我們從一塊工作正常的電路板上拆下了一個電容器，但是我們猜測這個電容器已經(jīng)在安裝過程中受到了擠壓。我們把這個電容器送去進行截面分析，發(fā)現(xiàn)電容器中確實有裂紋，在現(xiàn)場使用中可能會損壞。后來我們再次修改了PCB布局，讓這個電容器的安裝位置遠離安裝孔。完成修改后，與機械應(yīng)力有關(guān)的所有關(guān)鍵測試均很成功，后來再也沒有出現(xiàn)這種故障了。

汽車嵌入式控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計人員非常重視電氣過應(yīng)力，同時他們還需要考慮電阻和電容器等小元件的機械過應(yīng)力。盡管許多國際標準都提供了保護元件免受過應(yīng)力的指南，但由于缺乏類似的機械過應(yīng)力標準，這一問題引起了人們的關(guān)注。

編輯：hfy