陶瓷電容耐壓不良失效分析

時間：2020-11-09

分析方法簡述

（1）通過對NG樣品、OK樣品進行了外觀光學檢查、金相切片分析、SEM/EDS分析及模擬試驗后，發(fā)現(xiàn)NG樣品均存在明顯的陶瓷-環(huán)氧界面脫殼，產(chǎn)生了氣隙，此氣隙的存在會嚴重影響電容的耐壓水平。從測試結(jié)果，可以明顯看到在陶瓷-環(huán)氧分離界面的裂縫位置存在明顯的碳化痕跡，且碳化嚴重區(qū)域基本集中在邊緣封裝較薄區(qū)域，而OK樣品未見明顯陶瓷-環(huán)氧界面脫殼分離現(xiàn)象。

（2）NG樣品與OK樣品結(jié)構(gòu)成分一致，未見結(jié)構(gòu)明顯異常。失效的樣品是將未封樣品經(jīng)焊接組裝灌膠，高溫固化后組成單元模塊進行使用的。取樣品外封環(huán)氧樹脂進行玻璃轉(zhuǎn)化溫度測試，發(fā)現(xiàn)未封樣品的外封環(huán)氧樹脂玻璃轉(zhuǎn)化溫度較低，懷疑因為灌膠的高溫**過了陶瓷電容的環(huán)氧樹脂封體的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，達到了其粘流態(tài)，導致陶瓷基體和環(huán)氧界面脫粘產(chǎn)生氣隙。隨著環(huán)氧樹脂固化冷卻過程體積收縮，產(chǎn)生的內(nèi)應力以殘余應力的形式保留在包封層中，并作用于陶瓷-環(huán)氧界面，劣化界面的粘結(jié)，此時的形變就很難恢復。然后在外部電場力（耐壓加電測試）的作用下，在間隙路徑上產(chǎn)生了弱點擊穿。

提供的樣品進行金相切片，NG樣品環(huán)氧樹脂封層和陶瓷基材分層明顯，兩電極間的裂縫通路上有碳化的痕跡，OK樣品未見異常。

樣品切片后，對剖切面進行SEM/EDS分析，NG樣品環(huán)氧樹脂和陶瓷基材分層明顯，且有明顯的碳化痕跡

失效模式分析

（1）在電場作用下，陶瓷電容器的擊穿破壞遵循弱點擊穿理論，而局部放電是產(chǎn)生弱點破壞的根源。除因溫度冷熱變化產(chǎn)生熱應力導致開裂外，對于環(huán)氧包封型高壓陶瓷電吞，無論是留邊型還是滿銀型電容都存在著電極邊緣電場集中和陶瓷-環(huán)氧的結(jié)合界面等比較薄弱的環(huán)節(jié)。環(huán)氧包封陶瓷電容器由于環(huán)氧樹脂固化冷卻過程體積收縮，產(chǎn)生的內(nèi)應力以殘余應力的形式保留在包封層中，并作用于陶瓷-

環(huán)氧界面，劣化界面的粘結(jié)。在電場作用下，組成高壓陶瓷電吞瓷體的鈣鈦礦型鈦酸鐵類陶瓷（SPBT）會發(fā)生電機械應力，產(chǎn)生電致應變。當環(huán)氧包封層的殘余應力較大時，二者聯(lián)合作用較可能造成包封與陶瓷體之間脫殼，產(chǎn)生氣隙，從而降低電壓水平。

（2）介質(zhì)內(nèi)空洞：導致空洞產(chǎn)生的主要因素為陶瓷粉料內(nèi)的**或無機污染、燒結(jié)過程控制不當?shù)??？斩吹漠a(chǎn)生較易導致漏電，而漏電又導致器件內(nèi)局部發(fā)熱，進一步降低陶瓷介質(zhì)的絕緣性能從而導致漏電增加。該過程循環(huán)發(fā)生，不斷惡化，導致其耐壓水平降低。

（3）包封層環(huán)氧材料因素：一般包封層厚度越厚，包封層破壞所需的外力越高。在同樣電場力和殘余應力的作用下，陶瓷基體和環(huán)氧界面的脫粘產(chǎn)生氣隙較為困難。另外固化溫度的影響，隨著固化溫度的提高，高壓陶瓷電容的擊穿電壓會越高，因為高溫固化時可以較快并有效地減少殘余應力。隨著整體模塊灌膠后固化的高溫持續(xù)，當達到或**過陶瓷電容器外包封層環(huán)氧樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，達到了粘流態(tài)，陶瓷基體和環(huán)氧界面的脫粘產(chǎn)生了氣隙，此時的形變就很難恢復，這種氣隙會降低陶瓷電容的耐壓水平。

（4）機械應力裂紋：陶瓷體本身屬于脆性較高的材料，在產(chǎn)生和流轉(zhuǎn)過程中較大的應力可能造成應力裂紋，導致耐壓降低。常見的應力源有：工藝過程電路板流轉(zhuǎn)操作；流轉(zhuǎn)過程中的人、設備、重力等因素；元件接插操作；電路測試；單板分割；電路板安裝；電路板定位柳接；螺絲安裝等。

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詞條說明
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