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暗场照明在MLCC内部微裂纹检查中的应用

2017-01-08 00:00:00 宏科电子 阅读
暗场照明在MLCC内部微裂纹检查中的应用
杨镭1,张玲2,张亚梅2
(成都宏明电子科大新材料有限公司,成都 610100)
 
摘 要:目的 为在MLCC制造检验或失效分析中,能更有效的检查瓷体内部可能存在的细微裂纹。方法 根据暗场照明反射光线不会进入物镜,同时会在细微裂纹部位产生漫散射、内反射以及丁达尔效应的原理和特点,采用金相显微镜的暗场照明,以提高陶瓷体磨抛面的成像衬度,便于对细微裂纹的检查。结果 通过对MLCC磨抛面采用暗场照明成像,观察到明场像中无法观察到的细微裂纹。结论 利用金相显微镜暗场成像的高衬度等特点,可对电容器瓷体内部的细微裂纹进行有效识别[1][2][3]。
关键词: MLCC 金相显微镜 暗场 微裂纹
 
 

 

在MLCC生产制造或失效分析过程中,对于陶瓷介质内部微缺陷或异常点的检查,通常是参照金相学的方法,通过研磨抛光后采用光学金相显微镜来观察。光学金相显微镜已有一百多年的历史,它具有观察范围大、使用方便等优点,是对MLCC进行内部检查最直观的一种检验工具。
为了满足不同的检测要求,金相显微镜一般有明场、暗场、偏光等照明方式,目前MLCC方面应用较多的主要为明场和暗场两种方式,利用明场和暗场不同的成像特点,在检查或分析过程中选择合理的观察方式,能更有效的对陶瓷介质内部可能存在的微缺陷或异常点加以识别。

1.  金相显微镜照明类型及其成像特点
1.1 明场照明
明场照明是将光源光束近于垂直的照射到样品磨抛面,然后产生的反射光束直接进入物镜放大成像,即光束两次穿过物镜,因此物镜也起着聚光的作用,而在凹陷部分则产生漫散射使光线不能进入物镜,使显微组织以黑色的影响映衬在明亮的视场内,故称为明场。明场的照明系统可分为全反射棱镜照明器和平面玻璃照明,其中后者适合高倍观察和拍照。

1.2 暗场照明
暗场是使照明光线倾斜的照射在目标表面,入射于磨面平坦部位的光线并不经过物镜,物镜不再作为聚光镜,从而显著地降低了光线在抛光磨面直接反射的亮度和眩光,而在细微凹凸或界面部位引起的光线散射则进入物镜,与明场照明相比,暗场照明增强了磨面相邻部位之间的黑白对比度或颜色差,提高了最后影像的衬度,即使是极细的磨痕也极易鉴别,适用于观察平滑表面上存在的细微界面,可观察到明场不能观察到的物体。

1.3 明场和暗场的成像特点
明场照明的光线均匀的直射在样品磨抛面上,得到清晰平坦的图像,能真实的表征各结构细节,分辨率高,适用于结构组织观察,因此,在MLCC检验控制和失效分析中一般采用明场照明方式,以在高倍率下对电容器的端电极结构和可能存在的典型缺陷(如:空隙、分层、内电极结瘤)进行观察分析。但由于平面玻璃照明系统引起的光线损失量大,使其所成图像衬度差,缺乏立体感。
对于瓷体内部一些细微损伤,如微裂纹等,其在形成初期由于开口和扩展程度十分轻微,在明场观察时,观察面反射光较强,反射光与细小损伤处的散射光汇合,使其与周围相邻部位的对比度较低,从而无法观察到。而采用暗场照明观察陶瓷磨抛面时,光线斜向照在被观察面后反射光不进入物镜,消除了叠加在细小损伤漫散射光成像中的亮背景。同时,除了漫散射光外,由于陶瓷体显微结构为晶相、玻璃相和气相所组成,在经过磨抛制样后,斜照光线可透射入瓷体抛光面以下一定深度,当该细小损伤的尺寸在某个范围,就会产生丁达尔效应,使透射到损伤内部的光线产生折射和绕射,从而进一步加强了该部位的衬度,使细小损伤容易被观察到,虽然不能很好的分辨其细节,但可明确其存在。

2.  暗场成像在MLCC失效分析中的应用
某设备用多层瓷介电容器,在调试、板级电老炼(常温、168h)过程中均有该电容器出现异常,表征为阻抗下降。使用方送2只异常样品委托我公司进行失效分析。通过解剖后在金相显微镜下观察,结果明场照明未见异常,而采用暗场照明后观察发现了异常点。

2.1 外观检查
采用体视显微镜对异常样品进行外观检查。经观察确认,样品表面除残留有三防漆外,其表面均未见开裂、击穿等情况,样品外观典型照图1。

2.2 电性能确认
① 电性能初测
为避免绝缘测试电压破坏样品状态,先用UT51型万用表进行绝缘电阻测试,测试结果这2只样品绝缘电阻均已较大程度下降,然后用HP4287A型容量表进行电容量和损耗角正切值测试,测试结果这2只样品容量值均满足合格判据,但损耗已增大不合格,样品电参数测试数据见表1。
② 表面清洁处理
考虑到样品表面粘附杂质或污染可能引起表面绝缘电阻下降,为排除该因素对样品状态确认造成干扰,对其采用无水乙醇进行表面清洁处理。
经表面清洁处理后,再次对其进行绝缘电阻测试,测试结果样品绝缘电阻、损耗值仍不合格,清洗前后测试数据无明显变化。

2.3 超声波无损检测
鉴于样品外观无异常,而电性能已明显超差,为初步判断其内部结构状态,对样品进行超声波无损检测。经检测,这2只样品超声波图片中均可见空气类缺陷表征的白色区域,初步确认其内部结构已存在异常。
图片关键词
 
2.4 DPA
根据以上确认情况,将这2只样品作进一步DPA镜检,并结合超声波无损检测图片,选择从短轴方向(即端面)进行解剖。在研磨至内电极有效区域后,先在明场照射方式下观察剖面未见任何裂纹、击穿等明显异常,此时检测样品绝缘电阻仍不合格,表明异常点仍存在。进一步转换为暗场观察,结果发现内电极边缘存在细微裂纹,该裂纹已跨接了相反电极的内电极(见图3),裂纹的存在会产生漏电通道,从而造成电容器绝缘电阻下降。
图片关键词
 
 
3. 结论
通常在对MLCC进行DPA检查时,由于明场照明视场亮度高,对缺陷形貌、尺寸等细节表征更好,因而应用的更多,而通过此次失效分析验证,暗场照明相对明场具有更强的对比度,提高成像衬度,使其能观察到明场照明中无法观察到物体,从而能更有效的识别陶瓷体中的细微裂纹。
 
 

参考文献:
[1]汪守朴主编,《金相分析基础》,机械工业出版社,1990年
[2]孙业英主编,《光学显微分析》,清华大学出版社,2003年
[3] 李弥高,古成昌,罗小英,《明/暗场正置金相显微镜照明系统设计》,光学仪器,第32卷,第1期,2010年2月


作者简介:杨镭,男,本科,质量工程师,主要从事MLCC制造和失效分析方面的研究。
联系方式:电话:18109012710   邮箱:yanglei@chinahongke.com  地址:四川省成都市龙泉驿经开区星光中路20号
 
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