陶瓷貼片電容的失效與可靠性分析
信息來源于:互聯網 發布于:2023-06-30
一、貼片電容的主要參數
貼片電容的主要參數有:標稱電容量與允許偏向、額定工作電壓、介電強度、損耗、絕緣電阻、貼片電容溫度系數等。
1、標稱電容量與允許偏向 貼片電容標明的貼片電容量稱為標稱電容量,電容允許偏向的定義是允許容量偏向與標稱容量的比值,普通用百分數表示。
2、額定工作電壓 在允許的環境條件下,在規則的工作壽命期間,能夠連續加在貼片電容上的最大直流電壓或交流電壓的有效值稱為貼片電容的額定工作電壓。額定工作電壓是貼片電容在規則期限內,規則條件下可以牢靠工作的電壓。工作條件或工作期限超越規則范圍時,貼片電容的工作電壓必需隨之而產生相應的變化,否則將會影響貼片電容的工作牢靠性。
3、介電強度 貼片電容接受一定大小的電場強度(或電壓)而不致被擊穿的才能稱為介電強度,普通經過耐壓實驗加以考核。經過耐壓實驗,能夠快速剔除存在隱患的貼片電容,保證廢品貼片電容在運用壽命期間工作的牢靠性。
4、損耗 電場作用下單位時間內貼片電容因發熱而耗費的能量稱為貼片電容的損耗。直流電場作用下主要表現為介質的漏導損耗,交流電場作用下除漏導損耗外,還有介質的極化損耗。此外,還必需計入貼片電容金屬局部(包括接觸電阻)惹起的損耗。通常用損耗角正切表示貼片電容的損耗特性。
5、絕緣性能 表征貼片電容絕緣性能的參數有:絕緣電阻、時間常數和漏電流。貼片電容上所加的直流電壓與所產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普通適用于貼片電容量不大于0.1uF的有機貼片電容以及一切有機貼片電容。時間常數是絕緣電阻與貼片電容量的乘積,它僅取決于介質自身性質,而與貼片電容的幾何尺寸無關。時間常數普通適用于貼片電容量大于 0.1uF的有機介質貼片電容的絕緣性能指標。關于電解貼片電容,由于其金屬化膜介質存在很多缺陷,無法采用資料特性表征貼片電容絕緣特性,故直接應用漏電流評價電解貼片電容的絕緣性。
6、溫度系數 貼片電容溫度變化一度時的貼片電容質變化百分率稱為溫度系數。貼片電容的溫度系數大小跟介質資料的溫度特性與貼片電容的構造工藝有關。貼片電容溫度系數應盡可能接近零值。
二、陶瓷貼片電容的失效形式及失效機理
1、貼片電容常見的失效形式有:短路、開路、參數(包括貼片電容量、損耗、漏電流等)飄移等。
2、貼片電容常見的失效機理包括:來料自身的缺陷、外加電壓過高、電壓瞬態變化、浪涌電流、功率耗散過大、熱應力、機械應力、污染等。
三、陶瓷貼片電容的失效機理
多層陶瓷貼片電容自身的牢靠性較高,能夠長時間穩定運用。但假如器件自身存在缺陷或在組裝過程引入缺陷,則會對其牢靠性產生嚴重的影響。陶瓷貼片電容常見的失效機理主要有以下幾種:
1、來料自身的缺陷
a)陶瓷介質內空泛
介質內的空泛容易招致漏電,介電強度降低。漏貼片電容易招致貼片電容內部分過熱, 由于熱電的正反應,進一步降低陶瓷介質的絕緣性能,招致貼片電容該位置的漏電增加。該過程循環發作,不時惡化,輕則招致貼片電容的參數飄移(絕緣電阻減小、損耗增大等),重則招致貼片電容介質擊穿,從而使貼片電容兩端電流過大,可能產生爆炸以至熄滅等過熱燒毀的嚴重結果。陶瓷介質內空泛的案例請參見圖1、圖2的典型形貌:
剖析結論:陶瓷貼片電容失效緣由是由于貼片電容自身存在缺陷,在極板間存在許多空泛,從而惹起漏電流增大,耐電壓降低,進而招致貼片電容兩端電壓大幅度降落。
b)分層
多層陶瓷貼片電容的燒結為多層資料堆疊共燒,燒結溫度可高達 1000℃以上, 燒結工藝的不良容易招致分層的發作,分層和空泛、裂紋的危害類似,都是多層陶瓷貼片電容重要的內在缺陷。分層案例請參見圖3、圖4的典型形貌:
剖析結論:內電極之間有分層,可能與陶瓷燒結工藝不良有關。
2、溫度沖擊及機械應力產生的裂紋
溫度沖擊主要是發作在貼片電容焊接過程中,不當的返修也是招致溫度沖擊裂紋的重要產生緣由。多層陶瓷貼片電容的特性是可以接受較大的壓應力,但抵御彎曲才能較差。貼片電容在組裝過程中任何可能產生彎曲變形的操作都可能招致貼片電容開裂。常見的應力源有:陶瓷貼片電容與印刷電路板資料之間的收縮系數不同,印刷電路板的機械彎曲, 裝配產生的應力和機械沖擊或振動。 陶瓷貼片電容中機械斷裂的影響要經一段時間才會顯現出來。例如,假如由于電路板的彎曲招致陶瓷貼片電容的斷裂,那么,當彎曲力取消時,陶瓷貼片電容就會回到正常位置,這時可能不會惹起顯著的電性能變壞。但是,陶瓷貼片電容的兩極極板是平行交織插入的,只需略微有錯位,就會惹起漏電增大或短路。機械應力產生的裂紋案例請參見圖5、圖6的典型形貌:
剖析結論:陶瓷與電極的接壤處有裂紋,這種形貌的裂紋普通與運用不當有關,貼片電容受機械損傷后,形成貼片電容器擊穿電壓大大降低,上電后以至電極短路、熔融。
3、浪涌電流
過強的電流超越了介質部分區域的瞬時功率耗散才能,就會惹起熱失控狀態,招致貼片電容燒毀。浪涌電流案例請參見圖7、圖8的典型形貌:
剖析結論:浪涌電流使貼片電容絕緣性降落,形成擊穿短路,在熱應力下炸裂。
4、介質擊穿
介質擊穿可能是由于過壓狀態或者貼片電容自身來料缺陷惹起的。介質擊穿案例請參見圖10、圖11的典型形貌:
剖析結論:在研磨過程中發現失效樣品內部陶瓷介質有裂紋,并且擊穿燒毀區域發作在其中一條裂紋上面。這闡明貼片電容的決裂在先,因此形成內電極層間錯位惹起兩內電極短路。由于在裂紋中發現有Sn和Cl- ,即焊料和助焊劑已延伸到裂紋中去。這也闡明在焊接的時分裂紋應該就曾經存在,并不是由于樣品的擊穿而招致裂紋的產生。因而貼片電容失效的緣由是,機械應力(包括高溫應力和機械應力) 形成貼片電容開裂,內部電極短路,從而樣品短路燒毀失效。