陶瓷電容檢測(cè)的失效模式及失效機(jī)理

時(shí)間：2020-08-25作者：深圳市訊科標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司瀏覽：398

電容是電子設(shè)備中主要基礎(chǔ)元件之一，它廣泛用于電視機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)、電子儀器等設(shè)備中，用作儲(chǔ)能和傳遞信息，但在使用當(dāng)中它也會(huì)由于一些內(nèi)外在因素而失效。電容在各種應(yīng)力作用下其材料發(fā)生物理和化學(xué)變化，導(dǎo)致電參數(shù)變劣而最后失效，可分為電應(yīng)力（電流、電壓）和環(huán)境應(yīng)力（濕度、溫度、氣壓、振動(dòng)和沖擊等）兩種，下面就電容的失效和可靠性作一簡(jiǎn)單分析。

 

一、電容的主要參數(shù)

 

電容的主要參數(shù)有：標(biāo)稱電容量與允許偏差、額定工作電壓、介電強(qiáng)度、損耗、絕緣電阻、電容溫度系數(shù)等。 

 

 1、標(biāo)稱電容量與允許偏差 電容標(biāo)明的電容量稱為標(biāo)稱電容量，電容允許偏差的定義是允許容量偏差與標(biāo)稱容量的比值，一般用百分?jǐn)?shù)表示。

 

 2、額定工作電壓 在允許的環(huán)境條件下，在規(guī)定的工作壽命期間，可以連續(xù)加在電容上的較大直流電壓或交流電壓的有效值稱為電容的額定工作電壓。額定工作電壓是電容在規(guī)定期限內(nèi)，規(guī)定條件下能夠可靠工作的電壓。工作條件或工作期限**過規(guī)定范圍時(shí)，電容的工作電壓必須隨之而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，否則將會(huì)影響電容的工作可靠性。 

 

 3、介電強(qiáng)度 電容承受一定大小的電場(chǎng)強(qiáng)度（或電壓）而不致被擊穿的能力稱為介電強(qiáng)度，一般通過耐壓試驗(yàn)加以考核。通過耐壓試驗(yàn)，可以剔除存在隱患的電容，保證成品電容在使用壽命期間工作的可靠性。 

 

 4、損耗 電場(chǎng)作用下單位時(shí)間內(nèi)電容因發(fā)熱而消耗的能量稱為電容的損耗。直流電場(chǎng)作用下主要表現(xiàn)為介質(zhì)的漏導(dǎo)損耗，交流電場(chǎng)作用下除漏導(dǎo)損耗外，還有介質(zhì)的較化損耗。此外，還必須計(jì)入電容金屬部分（包括接觸電阻）引起的損耗。通常用損耗角正切表示電容的損耗特性。 

 

 5、絕緣性能 表征電容絕緣性能的參數(shù)有：絕緣電阻、時(shí)間常數(shù)和漏電流。電容上所加的直流電壓與所產(chǎn)生的漏電流的比值稱為絕緣電阻。絕緣電阻這種絕緣性指標(biāo)一般適用于電容量不大于0.1uF的**電容以及所有**電容。時(shí)間常數(shù)是絕緣電阻與電容量的乘積，它僅取決于介質(zhì)本身性質(zhì)，而與電容的幾何尺寸無關(guān)。時(shí)間常數(shù)一般適用于電容量大于 0.1uF的**介質(zhì)電容的絕緣性能指標(biāo)。對(duì)于電解電容，由于其金屬化膜介質(zhì)存在很多缺陷，無法采用材料特性表征電容絕緣特性，故直接應(yīng)用漏電流評(píng)價(jià)電解電容的絕緣性。 

 

6、溫度系數(shù) 電容溫度變化一度時(shí)的電容量變化百分率稱為溫度系數(shù)。電容的溫度系數(shù)大小跟介質(zhì)材料的溫度特性與電容的結(jié)構(gòu)工藝有關(guān)。電容溫度系數(shù)應(yīng)盡可能接近零值。

 

二、陶瓷電容的失效模式及失效機(jī)理

 

 1、電容常見的失效模式有：短路、開路、參數(shù)（包括電容量、損耗、漏電流等）飄移等。

 

 2、電容常見的失效機(jī)理包括：來料本身的缺陷、外加電壓過高、電壓瞬態(tài)變化、浪涌電流、功率耗散過大、熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、污染等。

 

三、陶瓷電容的失效機(jī)理 

 

多層陶瓷電容本身的可靠性較高，可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定使用。但如果器件本身存在缺陷或在組裝過程引入缺陷，則會(huì)對(duì)其可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。陶瓷電容常見的失效機(jī)理主要有以下幾種： 

 

1、來料本身的缺陷

 

a）陶瓷介質(zhì)內(nèi)空洞 

介質(zhì)內(nèi)的空洞*導(dǎo)致漏電，介電強(qiáng)度降低。漏電*導(dǎo)致電容內(nèi)局部過熱， 由于熱電的正反饋，進(jìn)一步降低陶瓷介質(zhì)的絕緣性能，導(dǎo)致電容該位置的漏電增加。該過程循環(huán)發(fā)生，不斷惡化，輕則導(dǎo)致電容的參數(shù)飄移（絕緣電阻減小、損耗增大等），重則導(dǎo)致電容介質(zhì)擊穿，從而使電容兩端電流過大，可能產(chǎn)生爆炸甚至燃燒等過熱燒毀的嚴(yán)重后果。陶瓷介質(zhì)內(nèi)空洞。

分析結(jié)論：陶瓷貼片電容失效原因是由于電容本身存在缺陷，在較板間存在許多空洞，從而引起漏電流增大，耐電壓降低，進(jìn)而導(dǎo)致電容兩端電壓大幅度下降。

 

b）分層 

多層陶瓷電容的燒結(jié)為多層材料堆疊共燒，燒結(jié)溫度可高達(dá) 1000℃以上， 燒結(jié)工藝的不良*導(dǎo)致分層的發(fā)生，分層和空洞、裂紋的危害相似，都是多層陶瓷電容重要的內(nèi)在缺陷。

 分析結(jié)論：內(nèi)電極之間有分層，可能與陶瓷燒結(jié)工藝不良有關(guān)。

 

2、溫度沖擊及機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生的裂紋

 

 溫度沖擊主要是發(fā)生在電容焊接過程中，不當(dāng)?shù)姆敌抟彩菍?dǎo)致溫度沖擊裂紋的重要產(chǎn)生原因。多層陶瓷電容的特點(diǎn)是能夠承受較大的壓應(yīng)力，但抵抗彎曲能力較差。電容在組裝過程中任何可能產(chǎn)生彎曲變形的操作都可能導(dǎo)致電容開裂。常見的應(yīng)力源有：陶瓷電容與印刷電路板材料之間的膨脹系數(shù)不同，印刷電路板的機(jī)械彎曲， 裝配產(chǎn)生的應(yīng)力和機(jī)械沖擊或振動(dòng)。 陶瓷電容中機(jī)械斷裂的影響要經(jīng)一段時(shí)間才會(huì)顯示出來。例如，如果由于電路板的彎曲導(dǎo)致陶瓷電容的斷裂，那么，當(dāng)彎曲力取消時(shí)，陶瓷電容就會(huì)回到正常位置，這時(shí)可能不會(huì)引起顯著的電性能變壞。但是，陶瓷電容的兩較較板是平行交錯(cuò)插入的，只要稍微有錯(cuò)位，就會(huì)引起漏電增大或短路。

 分析結(jié)論：陶瓷與電極的交界處有裂紋，這種形貌的裂紋一般與使用不當(dāng)有關(guān)，電容受機(jī)械損傷后，造成電容器擊穿電壓大大降低，上電后甚至電極短路、熔融。

 

3、浪涌電流

 

過強(qiáng)的電流**過了介質(zhì)局部區(qū)域的瞬時(shí)功率耗散能力，就會(huì)引起熱失控狀態(tài)，導(dǎo)致電容燒毀。

分析結(jié)論：浪涌電流使電容絕緣性下降，造成擊穿短路，在熱應(yīng)力下炸裂。

 

4、介質(zhì)擊穿

 

介質(zhì)擊穿可能是由于過壓狀態(tài)或者電容本身來料缺陷引起的。

 分析結(jié)論：在研磨過程中發(fā)現(xiàn)失效樣品內(nèi)部陶瓷介質(zhì)有裂紋，并且擊穿燒毀區(qū)域發(fā)生在其中一條裂紋上面。這說明電容的破裂在先，因而造成內(nèi)電極層間錯(cuò)位引起兩內(nèi)電極短路。由于在裂紋中發(fā)現(xiàn)有Sn和Cl－ ，即焊料和助焊劑已延伸到裂紋中去。這也說明在焊接的時(shí)候裂紋應(yīng)該就已經(jīng)存在，并不是因?yàn)闃悠返膿舸┒鴮?dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。因此電容失效的原因是，機(jī)械應(yīng)力（包括高溫應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力） 造成電容開裂，內(nèi)部電極短路，從而樣品短路燒毀失效。


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