Question 1

オープンモードと3225ルール (1): TDKの“オープンモード”コンデンサとは何ですか。

Accepted Answer

A. MLCCの基板たわみによるクラック発生のリスクを低減するという市場ニーズに対応して、TDKは基板たわみによるクラックに有効な独自の内部電極設計を導入しました。このクラックの形は、基板たわみに特有なものとして知られており、長らく市場において主な故障原因となっていました。

基板の製造や最終組み立ての時に基板を過剰に曲げることはよくあり、特に脆いセラミック部品は基板にはんだ付けした後に損傷しやすい傾向があります。TDKはたわみクラックが懸念される用途にはオープンモードMLCCを使用することを推奨しています（図1）。

図1

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Question 2

たわみクラック対策 (1): 「たわみクラック」とは。

Accepted Answer

A. たわみクラックとは、PCB（Print Circuit Board、プリント基板）上にはんだ接合されたMLCCが大きく曲げられることで形成されるクラックのことです。これらのクラックは、衝撃や電気的な過剰ストレスなどのようなその他の要因により生じるクラックとはその外観が異なります。

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Question 3

たわみクラック対策 (2): たわみクラックは、なぜ発生するのですか。

Accepted Answer

A. MLCCの誘電体素材はセラミック化合物です。セラミックは、圧縮に強く引張りに弱いという本質的に壊れやすい素材です。 MLCCにかかる機械的応力が過大な場合、その部位の応力を減少させようとしてクラックが生じます。

PCBの凹状屈曲では、屈曲中にその部位に働く力が圧縮力であるため、MLCCにクラックが生じることはほとんどありません（図1）。
PCBの凸状屈曲では、その部位に引張応力を受けるため、MLCCはクラックを生じやすくなります（図2）。

図 1. 凹状屈曲による圧縮力を受けるPCB上のMLCC

図 2. 凸状屈曲による引張応力を受けるPCB上のMLCC

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Question 4

たわみクラック対策 (3): たわみクラックの外観はどのようなものですか。

Accepted Answer

A. 典型的なクラックは「45度クラック」とも呼ばれます。このクラックは、MLCC実装面の端子電極と素体の境目付近を起点として、45度の角度で上方（曲げ応力方向）に伸び、（図1）MLCCの端子電極の外側に達します。

45度クラックは最も一般的に見られるたわみクラックですが、特にその部位が過剰な曲げを受けた場合には他のたわみクラックが生じることもあります。

図 1. 凸状屈曲中のMLCC上の応力の起点と方向

誘電体の変色が表面で観察されることがあっても、外部からの目視によりたわみクラックが発見されることは稀です。この領域は、正常な誘電体よりも明るい色に見えます。通常、クラックはその部位でDPA（Destructive Physical Analysis、構造解析）を行った場合にのみ発見されます。DPAは断面解析とも呼ばれます（図2）。

MLCCの端子電極を取り除いた際、クラックが表面にまで拡がっていると、たわみクラックが観察される場合があります（図3）。
このようなクラックは、MLCCの底面にも見られます（図4）。
基板に過剰な応力が加わると、クラックがMLCCの両端で形成されることもあります。

図2. 基板の過剰なたわみによりクラックを生じたMLCCの断面

図3. たわみクラックの起点が見られるMLCCの底面

図4. 端子電極を取り除いたMLCCの底面。両端にクラックが見られる

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Question 5

たわみクラック対策 (4): たわみクラックが生じるとMLCC(積層セラミックチップコンデンサ)はどうなりますか。

Accepted Answer

A. クラックが形成されると、MLCCの内部に湿気と異物が浸透するようになります。クラックが内部電極の重なる領域を貫通する場合は、時間の経過とともにそれが絶縁抵抗の低下やショートにまで発展する可能性があります（図1）。

図1. 典型的な45度クラック。赤い電極部分はクラックが内部電極の重なる領域を貫通している。これはショートの危険性を示している

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Question 6

たわみクラック対策 (5): たわみクラックは、一般的にどのような過程で生じますか。

Accepted Answer

A. MLCCがPCBにはんだ接合された後、基板を著しく曲げる作業は全てクラック発生のリスクとなります。
製造中および製造後に基板がたわむケースは多々あります。

PCBは、割板作業中にしばしば多大な応力を受けます。製造過程で基板が曲げられる他の例として、コネクタのソケットへの取り付けと配線ハーネスの取り付けやビス止め作業などが挙げられます。

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Question 7

たわみクラック対策 (6): たわみクラックはどうすれば発見できますか。

Accepted Answer

A. たわみクラックは、多くの場合電気的測定による絶縁抵抗の低下により発見されます。
MLCCのIR（Insulation Resistance、絶縁抵抗）は、クラックが誘電体に構造欠陥を生じさせるために低下します。
IRの低下は、通常漏れ電流の増大により検出されます。
静電容量の低下も、クラック発生の電気的な指標となります。

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Question 8

たわみクラック対策 (7): どうすればたわみクラックの防止に役立ちますか。

Accepted Answer

A. クラックを防ぐ最も効果的な方法は、基板に不要な外力が加わらないようにすることです。基板補強材または支持材を設置すると、基板の屈曲防止に役立ちます。製造中に基板が屈曲するケースは見落されがちです。製造過程を検証することは、基板にかかる応力を減少させる方法の発見につながります。

また、基板上の部品の配置が、曲げ発生時の部品にかかる応力の量に大きく影響します。部品を割板面とネジ取り付け部から大きく離すと、製造中にMLCCに不要な応力が加わることを防ぐのに役立ちます。部品を割板面と平行に配置することで、応力を低減することができます（図1）。

はんだが多すぎると、曲げ発生時にMLCCに加わる応力が大きくなります。メーカーが推奨するはんだ仕様に従うよう注意する必要があります。

図1. 割板中にコンデンサにかかる応力の大きさを示す図。
応力最大から最小の順は以下のとおり、 A > B = C > D > E.

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Question 9

たわみクラック対策 (8): TDKは、たわみクラック対策品を提供していますか。

Accepted Answer

A. TDKは、オープンモード、樹脂電極品、安全設計品、メガキャップ（金属端子付き）など、数多くのたわみクラック対策を提供しています。

オープンモードは、端子電極と内部電極間の距離である"L"ギャップを大きく取ったものです（図1）、（図2）。これは、一般的な45度クラックが生じた際に、クラックが内部電極の重なる領域にまで達することを防ぎ、ショートではなくオープンとなることを意味します。

図1. 標準的なMLCCの"L"ギャップ

図2. 拡張された"L"ギャップが、たわみクラックによるショートを防ぐ。

図3. 導電性樹脂層の場所（緑で強調された部分）

TDKの樹脂電極品では、端子電極に導電性樹脂層が組み込まれています（図3）。この樹脂層は、銅（Cu）とニッケル（Ni）層の間にあり、曲げや振動による機械的応力を吸収し、クラックの発生を防ぎます。部位が過剰に曲げられると、クラックが生じる前に端子電極が樹脂から分離するように設計されています。

図4. 安全設計品の内部構造。クラックが生じてもショートが発生しない

TDKの安全設計品は、単一のセラミック体に2個のコンデンサを直列配置したものです。このコンデンサは、バッテリライン直結の回路や、より安全性が必要とされる回路に適しています。

コンデンサが2個あるため、1個でクラックが生じても、2個目が存在します。これによりクラックが生じた際のショートを防ぎます。なお、TDKの安全設計品は樹脂電極構造のため、クラックの発生を1個目から防いでいます。

図4. 安全設計品の内部構造。クラックが生じてもショートが発生しない

メガキャップは、金属端子付きのMCLL（図5）で、1段タイプと2段積みタイプがあります。金属端子が曲げや振動による応力の大部分を吸収します。

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Question 10

MLCC(積層セラミックチップコンデンサ)のたわみクラック対策解説動画

Accepted Answer

A. たわみクラック対策を動画にて解説します。

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Question 11

MLCCのリワーク手法 (2): リワーク作業では、スポットヒーターとホットツイザーの他に何が必要になりますか。

Accepted Answer

A.

部品をつかむためには、静電気防止チップピンセットが必要です。汚れ防止としてセラミック製のピンセットがお勧めです。
予熱には、片側基板の場合、サーマルクラックを最小限に抑えるため、PCBプリヒーターまたはホットプレートがお勧めです。
拡大鏡は、反射防止コーティングされた蛍光拡大鏡がお勧めです。
はんだの除去にはいくつかの方法がありますが、はんだ吸い取り線がシンプルで一般的です。はんだ吸い取り器を使う場合もあります。
最適なはんだ濡れや接着強度のために、フラックスの使用を推奨します。
はんだは、一般的には、糸はんだを使います。高密度実装の部分では、はんだペーストまたは成形はんだ（プリフォーム）を使うこともあります。
安全環境や健康のためにヒュームフード（煙排出用のフード）の設置を推奨します。

注）実装基板の作業をするときには、基板たわみによるたわみクラックを防ぐために、基板のサイズや形状に応じて安定した基板の固定を行ってください。修正箇所だけでなく、基板全体の安定した固定が必要です。

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