【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多层陶瓷电容设计，具体是一种多层陶瓷电容断裂测试装置及断裂分析方法。
技术介绍
1、多层陶瓷电容(mlcc)在工业控制系统中有着广泛的应用，为了保证控制电路的长期、可靠运行，研究陶瓷电容可靠性十分重要。近年来，由于新能源汽车等产业的兴起，因力学环境中的振动与冲击导致的陶瓷电容断裂失效日趋增多，因此，为提高陶瓷电容的可靠性，需要在设计过程中对陶瓷电容的失效阈值进行分析。
2、目前，在陶瓷电容的研发过程中，仅能通过实装试验测试产品的耐断裂性能，该方法的成本较为昂贵，且试验准备周期较长。此外，在理论计算方面，虽然已存在一些其他领域的断裂计算方法，但无法对陶瓷电容断裂失效后的电容值情况进行预测。
技术实现思路
1、为解决
技术介绍
存在的不足，本专利技术提供一种多层陶瓷电容断裂测试装置及断裂分析方法，它适用于分析贴片焊接在pcb板上的多层陶瓷电容的断裂失效板弯应变与失效过程，分析因外界力学环境造成的pcb板弯曲导致的多层陶瓷电容的弯曲断裂失效阈值预测与事后分析，能够基于griffith模型和相场理论，建立考虑制造参数的多层陶瓷电容断裂计算模型。
2、为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：
3、一种多层陶瓷电容断裂测试装置，包括lcr表、应变传感器、支架、辊子以及竖向伸缩滑台，所述支架包括底板和并列固定在底板两侧的两个立柱，所述两个立柱顶端开设插槽并设置紧固件用于pcb板两相对端的插装和紧固，所述竖向伸缩滑台固定在所述底板中心位置，所述辊子
4、一种多层陶瓷电容断裂分析方法，包括以下步骤：
5、步骤一：确定多层陶瓷电容的制造参数，包括电容厚度、电容长度、介质厚度、电容宽度以及介质层数，基于所述制造参数在有限元软件中建立分析多层陶瓷电容的结构，以pcb板两端作为位移载荷施加方向并施加竖直向下的位移载荷，以两个引脚底部的焊点分别作为电压施加位置一和电压施加位置二并施加电压，作用在多层陶瓷电容的载荷以pcb应变值测量位置处的平均应变表征，在有限元软件中完成电容计算模型；
6、步骤二：在有限元软件中将所述电容计算模型中多层陶瓷电容1的内电极正极、内电极负极和介质层这三处区域的裂纹相φ初始值设置为0以表示整体结构的完整，之后将该值赋予电容计算模型的裂纹相φ，作为第一轮计算的初始条件；
7、步骤三：在有限元软件中求解电容计算模型内的位移场，得到三处区域的应变，再基于griffith模型根据总应变能密度与临界能量释放率计算三处区域的裂纹状态，得到步骤一中所给定位移下裂纹相φ的结果；
8、步骤四：根据裂纹相φ更新材料的相对介质常数与电导率，再计算该时刻的电场分布，获得存在裂纹后的多层陶瓷电容的剩余电容值，当保留多层陶瓷电容内部电场为无旋条件时，多层陶瓷电容内的静电方程组可以联立成下式：
9、
10、式中，εe为介电常数，v0为电容两端的电势，p为极化矢量场，p为空间电荷密度；
11、借助裂纹相φ，定义εe(φ)根据裂纹状态计算断裂后的多层陶瓷电容的电场情况，当φ＝0时，εe(φ)取介质层材料的介电常数，对应的电导率也取介质层材料的电导率，当φ＝1时，εe(φ)取空气的介电常数，对应的电导率取内电极正极和内电极负极的金属材料电导率，以模拟断裂引起的短路，通过未发生短路的介质层的数量，即可获得剩余电容值；
12、步骤五：完成以上步骤后，当达到给定的pcb板曲率后，停止计算，若未达到则将该轮计算的裂纹相φ结果代入到实时计算中，重复步骤二至步骤四，更新模型并继续计算；
13、步骤六：根据步骤一至步骤五的计算过程，输出多层陶瓷电容的电容值随pcb板的应变而变化的曲线，根据断裂结束时裂纹相φ的结果，φ＝1的区域为存在裂纹的位置，得到有限元计算获得的多层陶瓷电容裂纹形状和有限元计算获得的多层陶瓷电容电场分布与裂纹形状；
14、步骤七：通过多层陶瓷电容断裂测试装置对计算结果进行验证，将焊接有多层陶瓷电容的pcb板安装在多层陶瓷电容断裂测试装置上，多层陶瓷电容的两个引脚通过导线引出并接到lcr表上实时测量电容值的变化，在多层陶瓷电容与pcb板之间安装应变传感器，通过外接配套数显表实时测量pcb板的应变值以表征多层陶瓷电容受到的应变载荷，通过竖向伸缩滑台抬升使辊子支撑pcb板底部中心使其弯曲变形，通过输出的多层陶瓷电容的应变载荷及电容值的变化与步骤一至步骤六的计算结果对比验证多层陶瓷电容断裂分析方法的准确性。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
16、1、本专利技术使用多层陶瓷电容的电容厚度、电容长度、介质厚度、电容宽度以及介质层数作为制造参数估算其弯曲断裂，能够在工厂的设计过程中对产品的耐断裂性能进行预测；
17、2、本专利技术基于griffith模型和相场理论表征多层陶瓷电容的断裂问题，解决现有方法耗费实验和计算成本的问题，具有较高的实际应用价值；
18、3、本专利技术能够根据多层陶瓷电容的制造参数预测产品的抗断裂性能分散性，将产品的退化预测与生产过程紧密连接。
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1.一种多层陶瓷电容断裂测试装置，其特征在于：包括LCR表(51)、应变传感器(52)、支架(53)、辊子(54)以及竖向伸缩滑台(55)，所述支架(53)包括底板和并列固定在底板两侧的两个立柱，所述两个立柱顶端开设插槽并设置紧固件用于PCB板(4)两相对端的插装和紧固，所述竖向伸缩滑台(55)固定在所述底板中心位置，所述辊子(54)安装在竖向伸缩滑台(55)顶端，通过竖向伸缩滑台(55)的抬升能够使辊子(54)支撑PCB板(4)底部中心使其弯曲变形，所述应变传感器(52)安装在多层陶瓷电容(1)底部与PCB板(4)表面之间中心位置，应变传感器(52)通过外接配套数显表实时测量PCB板(4)的应变值表征多层陶瓷电容(1)受到的应变载荷，所述LCR表(51)通过导线连接多层陶瓷电容(1)的两个引脚(2)实时测量电容值的变化。
2.一种多层陶瓷电容断裂分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的多层陶瓷电容断裂分析方法，其特征在于：所述步骤三具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种多层陶瓷电容断裂测试装置，其特征在于：包括lcr表(51)、应变传感器(52)、支架(53)、辊子(54)以及竖向伸缩滑台(55)，所述支架(53)包括底板和并列固定在底板两侧的两个立柱，所述两个立柱顶端开设插槽并设置紧固件用于pcb板(4)两相对端的插装和紧固，所述竖向伸缩滑台(55)固定在所述底板中心位置，所述辊子(54)安装在竖向伸缩滑台(55)顶端，通过竖向伸缩滑台(55)的抬升能够使辊子(54)支撑pcb板(4)底部中心使其弯曲变...
【专利技术属性】
技术研发人员：周学，李东晖，李芳涛，翟国富，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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