【摘 要】
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多层瓷介电容器(Multilayer Ceramic Capacitors,MLCC)是当前应用最为广泛的无源元器件之一,其由于体积小、容量大、稳定性强、易安装等优点,在航空航天、汽车、船舶、信息等领域中有着广泛的应用。目前,MLCC电学性能方面已有了大量试验与EDA(Electronic Design Automation)仿真结合的研究成果,但对于其力学性能研究,仍以试验为主,存在定量分析困难
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多层瓷介电容器(Multilayer Ceramic Capacitors,MLCC)是当前应用最为广泛的无源元器件之一,其由于体积小、容量大、稳定性强、易安装等优点,在航空航天、汽车、船舶、信息等领域中有着广泛的应用。目前,MLCC电学性能方面已有了大量试验与EDA(Electronic Design Automation)仿真结合的研究成果,但对于其力学性能研究,仍以试验为主,存在定量分析困难、失效机理不明的问题,缺少仿真方法的指导与补充。本文将利用仿真的手段,针对MLCC板弯试验建立等效仿真模型进行模拟计算,讨论不同等效仿真模型的适用范围,计算板弯试验中MLCC型号差异、尺寸差异对其受力状态的影响,分析特定型号MLCC易失效的原因与特定失效形式的成因,研究安装角度、柔性端电极对板弯试验中MLCC受力状态的影响。主要内容与结论包括:(1)对MLCC板弯试验等效建模问题进行了研究。发现压头与PCB间的摩擦系数对电容器侧位移解影响不大;网格节点数量达到16万之后,仿真结果基本已与网格数量无关。提出了三种等效建模方式:无简化模型、材料均匀化等效模型与主结构层等效代替模型。三种模型计算量依次下降,且计算精度均可满足工程应用需求。(2)对不同型号、不同尺寸MLCC进行了板弯仿真分析。发现在同等条件板弯试验中,1206型号MLCC承受的应力应变最大,最容易发生失效。MLCC的长宽比越大、厚度越小,同等弯曲条件下承受的应力应变值越大,自身强度越低,越容易发生失效。陶瓷体承弯产生的与裂纹方向垂直的135度拉应力,是导致板弯时常见的MLCC陶瓷体45度裂纹失效的主要原因。反向压弯情况相对安全,不易出现拉应力导致的45度裂纹。(3)对两种MLCC防失效手段:与弯曲方向垂直的安装形式和采用柔性端头的MLCC进行了仿真分析。发现各型号MLCC所受应力应变值随旋转角度增大先增加后减小,与弯曲方向垂直安装时,较小尺寸MLCC(0603、0805、1206)应力应变值下降较为明显,较大尺寸MLCC(1210、1812)焊接端失效风险反而会上升。对于一种20μm厚柔性层端头MLCC而言,柔性层可以吸收大量变形,很大程度上减少了MLCC所承受的应力应变值,使得其可以承受更大的弯深;20μm以上厚度的柔性层可以进一步减少MLCC所承受的应力应变值,但是程度有限。
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