陶瓷贴片电容的失效与可靠性分析
信息来源于:互联网 发布于:2023-06-30
一、贴片电容的主要参数
贴片电容的主要参数有:标称电容量与允许偏向、额定工作电压、介电强度、损耗、绝缘电阻、贴片电容温度系数等。
1、标称电容量与允许偏向 贴片电容标明的贴片电容量称为标称电容量,电容允许偏向的定义是允许容量偏向与标称容量的比值,普通用百分数表示。
2、额定工作电压 在允许的环境条件下,在规则的工作寿命期间,能够连续加在贴片电容上的最大直流电压或交流电压的有效值称为贴片电容的额定工作电压。额定工作电压是贴片电容在规则期限内,规则条件下可以牢靠工作的电压。工作条件或工作期限超越规则范围时,贴片电容的工作电压必需随之而产生相应的变化,否则将会影响贴片电容的工作牢靠性。
3、介电强度 贴片电容接受一定大小的电场强度(或电压)而不致被击穿的才能称为介电强度,普通经过耐压实验加以考核。经过耐压实验,能够快速剔除存在隐患的贴片电容,保证废品贴片电容在运用寿命期间工作的牢靠性。
4、损耗 电场作用下单位时间内贴片电容因发热而耗费的能量称为贴片电容的损耗。直流电场作用下主要表现为介质的漏导损耗,交流电场作用下除漏导损耗外,还有介质的极化损耗。此外,还必需计入贴片电容金属局部(包括接触电阻)惹起的损耗。通常用损耗角正切表示贴片电容的损耗特性。
5、绝缘性能 表征贴片电容绝缘性能的参数有:绝缘电阻、时间常数和漏电流。贴片电容上所加的直流电压与所产生的漏电流的比值称为绝缘电阻。绝缘电阻这种绝缘性指标普通适用于贴片电容量不大于0.1uF的有机贴片电容以及一切有机贴片电容。时间常数是绝缘电阻与贴片电容量的乘积,它仅取决于介质自身性质,而与贴片电容的几何尺寸无关。时间常数普通适用于贴片电容量大于 0.1uF的有机介质贴片电容的绝缘性能指标。关于电解贴片电容,由于其金属化膜介质存在很多缺陷,无法采用资料特性表征贴片电容绝缘特性,故直接应用漏电流评价电解贴片电容的绝缘性。
6、温度系数 贴片电容温度变化一度时的贴片电容质变化百分率称为温度系数。贴片电容的温度系数大小跟介质资料的温度特性与贴片电容的构造工艺有关。贴片电容温度系数应尽可能接近零值。
二、陶瓷贴片电容的失效形式及失效机理
1、贴片电容常见的失效形式有:短路、开路、参数(包括贴片电容量、损耗、漏电流等)飘移等。
2、贴片电容常见的失效机理包括:来料自身的缺陷、外加电压过高、电压瞬态变化、浪涌电流、功率耗散过大、热应力、机械应力、污染等。
三、陶瓷贴片电容的失效机理
多层陶瓷贴片电容自身的牢靠性较高,能够长时间稳定运用。但假如器件自身存在缺陷或在组装过程引入缺陷,则会对其牢靠性产生严重的影响。陶瓷贴片电容常见的失效机理主要有以下几种:
1、来料自身的缺陷
a)陶瓷介质内空泛
介质内的空泛容易招致漏电,介电强度降低。漏贴片电容易招致贴片电容内部分过热, 由于热电的正反应,进一步降低陶瓷介质的绝缘性能,招致贴片电容该位置的漏电增加。该过程循环发作,不时恶化,轻则招致贴片电容的参数飘移(绝缘电阻减小、损耗增大等),重则招致贴片电容介质击穿,从而使贴片电容两端电流过大,可能产生爆炸以至熄灭等过热烧毁的严重结果。陶瓷介质内空泛的案例请参见图1、图2的典型形貌:
剖析结论:陶瓷贴片电容失效缘由是由于贴片电容自身存在缺陷,在极板间存在许多空泛,从而惹起漏电流增大,耐电压降低,进而招致贴片电容两端电压大幅度降落。
b)分层
多层陶瓷贴片电容的烧结为多层资料堆叠共烧,烧结温度可高达 1000℃以上, 烧结工艺的不良容易招致分层的发作,分层和空泛、裂纹的危害类似,都是多层陶瓷贴片电容重要的内在缺陷。分层案例请参见图3、图4的典型形貌:
剖析结论:内电极之间有分层,可能与陶瓷烧结工艺不良有关。
2、温度冲击及机械应力产生的裂纹
温度冲击主要是发作在贴片电容焊接过程中,不当的返修也是招致温度冲击裂纹的重要产生缘由。多层陶瓷贴片电容的特性是可以接受较大的压应力,但抵御弯曲才能较差。贴片电容在组装过程中任何可能产生弯曲变形的操作都可能招致贴片电容开裂。常见的应力源有:陶瓷贴片电容与印刷电路板资料之间的收缩系数不同,印刷电路板的机械弯曲, 装配产生的应力和机械冲击或振动。 陶瓷贴片电容中机械断裂的影响要经一段时间才会显现出来。例如,假如由于电路板的弯曲招致陶瓷贴片电容的断裂,那么,当弯曲力取消时,陶瓷贴片电容就会回到正常位置,这时可能不会惹起显著的电性能变坏。但是,陶瓷贴片电容的两极极板是平行交织插入的,只需略微有错位,就会惹起漏电增大或短路。机械应力产生的裂纹案例请参见图5、图6的典型形貌:
剖析结论:陶瓷与电极的接壤处有裂纹,这种形貌的裂纹普通与运用不当有关,贴片电容受机械损伤后,形成贴片电容器击穿电压大大降低,上电后以至电极短路、熔融。
3、浪涌电流
过强的电流超越了介质部分区域的瞬时功率耗散才能,就会惹起热失控状态,招致贴片电容烧毁。浪涌电流案例请参见图7、图8的典型形貌:
剖析结论:浪涌电流使贴片电容绝缘性降落,形成击穿短路,在热应力下炸裂。
4、介质击穿
介质击穿可能是由于过压状态或者贴片电容自身来料缺陷惹起的。介质击穿案例请参见图10、图11的典型形貌:
剖析结论:在研磨过程中发现失效样品内部陶瓷介质有裂纹,并且击穿烧毁区域发作在其中一条裂纹上面。这阐明贴片电容的决裂在先,因此形成内电极层间错位惹起两内电极短路。由于在裂纹中发现有Sn和Cl- ,即焊料和助焊剂已延伸到裂纹中去。这也阐明在焊接的时分裂纹应该就曾经存在,并不是由于样品的击穿而招致裂纹的产生。因而贴片电容失效的缘由是,机械应力(包括高温应力和机械应力) 形成贴片电容开裂,内部电极短路,从而样品短路烧毁失效。