陶瓷电容失效分析讲解

zxshunine · 发表于 2022-11-17 14:01

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多层片状陶介电容器由陶瓷介质、端电极、金属电极三种材料构成，失效形式为金属电极和陶介之间层错，电气表现为受外力（如轻轻弯曲板子或用烙铁头碰一下）和温度冲击（如烙铁焊接、烘干快速升温）时电容时好时坏。

多层片状陶介电容器具体不良可分为:

1、热击失效

2、扭曲破裂失效

3、原材失效三个大类

热击失效模式：

热击失效的原理是：在制造多层陶瓷电容时，使用各种兼容材料会导致内部出现张力的不同热膨胀系数及导热率。

当温度转变率过大时就容易出现因热击而破裂的现象，这种破裂往往从结构最弱及机械结构最集中时发生，一般是在接近外露端接和中央陶瓷端接的界面处、产生最大机械张力的地方（一般在晶体最坚硬的四角），而热击则可能造成多种现象：

第一种是显而易见的形如指甲狀或 U-形的裂縫，如图 1

第二种裂缝也会由裸露在外的中央部份，或陶瓷/端接界面的下部开始，并随温度的转变，或于组装进行时，顺着扭曲而蔓延开来，（见图 2）

第三种裂缝也会由裸露在外的中央部份，或陶瓷/端接界面的下部开始，并随温度的转变，或于组装进行时，顺着扭曲而蔓延开来（见图 3）

第一种形如指甲狀或 U-形的裂縫和第二种隐藏在内的微小裂缝，两者的区别只是后者所受的张力较小，而引致的裂缝也较轻微。第一种引起的破裂明显，一般可以在金相中测出，第二种只有在发展到一定程度后金相才可测。

扭曲破裂失效

此种不良的可能性很多：按大类及表现可以分为两种：

第一种：SMT 阶段导致的破裂失效

当进行零件的取放尤其是 SMT 阶段零件取放时，取放的定中爪因为磨损、对位不准确，倾斜等造成的。由定中爪集中起来的压力，会造成很大的压力或切断率，继而形成破裂点。这些破裂现象一般为可见的表面裂缝，或 2 至 3 个电极间的内部破裂；表面破裂一般会沿着最强的压力线及陶瓷位移的方向。（见图 4）

真空检拾头导致的损坏或破裂﹐一般会在芯片的表面形成一个圆形或半月形的压痕面积﹐并带有不圆滑的边缘。此外﹐这个半月形或圆形的裂缝直经也和吸头相吻合

另一个由吸头所造成的损环﹐因拉力而造成的破裂﹐裂缝会由组件中央的一边伸展到另一边﹐这些裂缝可能会蔓延至组件的另一面﹐并且其粗糙的裂痕可能会令电容器的底部破损。

第二种：SMT 之后生产阶段导致的破裂失效

电路板切割﹑测试﹑背面组件和连接器安装﹑及最后组装时，若焊锡组件受到扭曲或在焊锡过程后把电路板拉直，都有可能造成‘扭曲破裂’这类的损坏。

在机械力作用下板材弯曲变形时，陶瓷的活动范围受端位及焊点限制，破裂就会在陶瓷的端接界面处形成，这种破裂会从形成的位置开始，从 45°角向端接蔓延开来。

原材失效

多层陶瓷电容器通常具有 2 大类类足以损害产品可靠性的基本可见内部缺陷：电极间失效及结合线破裂，燃烧破裂。这些缺陷都会造成电流过量，因而损害到组件的可靠性，详细说明如下：

1、电极间失效及结合线破裂主要由陶瓷的高空隙，或电介质层与相对电极间存在的空隙引起，使电极间是电介质层裂开，成为潜伏性的漏电危机

2、燃烧破裂的特性与电极垂直，且一般源自电极边缘或终端。假如显示出破裂是垂直的话，则它们应是由燃烧所引起。

结论：

由热击所造成的破裂会由表面蔓延至组件内部，而过大的机械性张力所引起的损害，则可由组件表面或内部形成，这些破损均会以近乎 45°角的方向蔓延，至于原材失效，则会带来与内部电极垂直或平行的破裂。另外：热击破裂一般由一个端接蔓延至另一个端接﹐由取放机造成的破裂﹐则在端接下面出现多个破裂点﹐而因电路板扭曲而造成的损坏﹐通常则只有一个破裂点。