电容失效分析
电容失效切片分析流程
电容失效切片分析流程
电容失效切片分析通用流程
万用表测量是否短路
金相观察
外观是否完好
否
裂纹
否
优先选择破损侧面切片
平行于电极层
否
是
继续切
转90°切
是
贯穿裂纹从侧面切
优先选裂纹面切
否
是
是否存在板级裂纹
否
是
板级应力导致
寻找烧毁点，必要时转90°
是否存在板级裂纹
否
是
板级应力导致
寻找烧毁点，必要时转90°
是
从侧面切
是
是否存在板级裂纹
板级原因导致失效
是
平行于电极层
否
否
是
继续切找烧毁点
转90°切找烧毁点
失效背景收集
收样
创见未来。
干货实用电容失效分析
干货实用电容失效分析陶瓷电容失效分析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）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（１）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-形的裂縫第二种是隐藏在内的微小裂缝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4）。
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。
（２）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：第一种情况、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。
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。
电容阻值降低、漏电失效分析
电容阻值降低、漏电失效分析2014-08-02摘要：本文通过无损分析、电性能测试、结构分析和成分分析，得出导致电容阻值下降、电容漏电是多方面原因共同作用的结果：（1）MLCC本身内部存在介质空洞（2）端电极与介质结合处存在机械应力裂纹（3）电容外表面存在破损。
1.案例背景MLCC电容在使用过程中出现阻值降低、漏电失效现象。
2.分析方法简述透视检查NG及OK样品均未见裂纹、孔洞等明显异常。
图1.样品X射线透视典型照片从PCBA外观来看，组装之后的电容均未受到严重污染，但NG样品所受污染程度比OK样品严重，说明电容表面的污染可能是引起电容失效的潜在原因。
EDS能谱分析可知，污染物主要为助焊剂与焊锡的混合物，金属锡所占的比例约为16(wt.)%。
从电容外观来看，所有样品表面均未见明显异常，如裂纹等。
图2.电容典型外观照片利用数字万用表分别测试NG电容和OK电容的电阻，并将部分失效样品机械分离、清洗后测试其电阻，对电容进行失效验证。
电学性能测试表明，不存在PCB上两焊点间导电物质（污染物）引起失效的可能性，失效部位主要存在于电容内部。
对样品进行切片观察，OK样品和NG样品内部电极层均连续性较差，且电极层存在孔洞，虽然电极层孔洞的存在会影响电容电学性能，但不会造成电容阻值下降，故电极层孔洞不是电容漏电的原因。
对NG样品观察，发现陶瓷介质中存在孔洞，且部分孔洞贯穿多层电极，孔洞内部可能存在水汽或者离子（外来污染），极易导致漏电，而漏电又会导致器件内局部发热，进一步降低陶瓷介质的绝缘性从而导致漏电的增加，形成恶性循环；左下角端电极与陶瓷介质结合处存在机械应力裂纹，可导电的污染物可夹杂于裂纹中，导致陶瓷介质的介电能力下降而发生漏电，使绝缘阻值下降，此外裂纹内空气中的电场强度较周边高，而其击穿电场强度却远比周边绝缘介质低，从而电容器在后续工作中易被击穿，造成漏电；除此之外，电容表面绝缘层存在严重破损，裂纹已延伸至内电极，加之表面污染物的存在，在恶劣潮湿环境下就会与端电极导通，形成漏电。
电容失效分析
电容失效分析
电子元件的失效主要由于电应力（电压、电流、功率、频率、脉冲宽度等），
环境应力（高温、低温、潮湿、气压等）及电磁干扰等。
而电容失效在原因很多很多时候并不是电容的质量不好而是有很多因素造成以下是一人之言请各位指正并探讨：
1 失效主要原因：
大电流冲击失效、高电压、热击穿、高温、高潮、噪声干扰。
2 电容质量控制要求：
(1) 注意降额使用，降额值应根据不同电容和工作状态选取，注意低电平失效
和交流工作状态下的失效。
(2) 对于高效或高稳定要求的电路中，选择电容要注意选漏电流小的电容。
（3）在潮湿环境下，不要使用云母电容器，易受潮。
（4）在高频条件下，应选取电容介质损耗小的电容器。
（5）在高温环境中，最好不用铝电解电容，而用聚丙涤烯纶或云母电容器。
铝电解电容失效
铝电解电容器的失效模式主要有以下几种：
漏液：铝电解电容器的电解液泄露会导致设备性能下降甚至失效。
这通常是由于密封不佳、橡胶老化、龟裂或者长时间工作等因素引起的。
爆炸：当铝电解电容器在工作电压中交流成分过大，或氧化膜介质有较多缺陷，或存在氯根、硫酸根之类有害的阴离子，以致漏电流较大时，电解作用产生的气体的速率较快，工作时间愈长，漏电流愈大，壳内气体愈多，温度愈高，就有可能发生爆炸。
击穿：工艺缺陷、机械应力的施加、引出线与铝箔铆接不实等原因都可能导致铝电解电容器的击穿。
烧毁：铝电解电容器的烧毁主要是由于过电压、纹波电流过大、施加反向电压、频繁充放电、施加交流电等因素引起的。
开路：引出线与铝箔接触不良、腐蚀、氯离子的侵入等原因可能导致铝电解电容器的开路。
短路：氧化膜劣化、金属微粒附着、引线毛刺等原因可能导致铝电解电容器的短路。
容量下降：阳极箔容量减少、阴极箔容量减少、电解液干涸等原因可能导致铝电解电容器的容量下降。
损耗上升：阳极箔容量减少、阴极箔容量减少、电解液干涸等原因可能导致铝电解电容器的损耗上升。
在应用中，需要避免在过电压、过电流、过热等极端条件下使用铝电解电容器，以避免其失效。
同时，也需要注意选择质量可靠的产品，并在使用过程中进行适当的维护和保养，以延长其使用寿命。
了解电力电子技术中的电容电压谐振失效分析
了解电力电子技术中的电容电压谐振失效分析电力电子技术中的电容电压谐振失效分析电容电压谐振失效是电力电子技术中一个重要且常见的故障，对于电力电子设备的正常运行具有很大的影响。
本文将对电容电压谐振失效进行详细的分析，包括其原因、影响、预防措施等方面。
一、电容电压谐振失效的原因电容电压谐振失效是指在电力电子设备中，由于电容的电压和谐振频率达到共振条件，导致电容电压激增，进而导致设备的不正常运行或甚至损坏。
其主要原因如下：1.1 电容参数不匹配：电力电子设备中使用的电容通常需要满足一定的参数要求，包括电容值、电压等级以及ESR等。
如果所选用的电容参数与电路设计要求不匹配，就会引发电容电压谐振失效。
1.2 电感参数不匹配：电容电压谐振失效与电路中的电感密切相关。
如果电感参数选择不当，特别是电感量过小或过大，就容易导致电容电压谐振失效。
1.3 调制方式不当：在一些需要使用调制技术的电力电子设备中，如果调制方式选择不当或设置不合理，容易引起电容电压谐振失效。
1.4 工作环境扰动：电力电子设备在工作时，可能会受到一些外界扰动，比如电网电压的波动、温度变化等。
这些扰动会导致电容电压谐振失效。
二、电容电压谐振失效的影响电容电压谐振失效一旦发生，将对电力电子设备产生严重的影响，主要包括以下几个方面：2.1 设备工作不正常：由于电容电压谐振失效，电力电子设备可能出现频繁的故障、不稳定的工作状态或无法正常启动等问题，从而导致设备的工作不正常。
2.2 设备性能下降：电容电压谐振失效会导致电力电子设备的性能下降，无法满足设计要求。
比如输出波形失真、功率降低等。
2.3 设备寿命缩短：电容电压谐振失效会引发设备的过电压，由此产生的高能量脉冲会给设备带来严重的损害，从而大大缩短设备的使用寿命。
三、电容电压谐振失效的预防措施为了避免电容电压谐振失效对电力电子设备的影响，可以采取以下预防措施：3.1 合理选择电容参数：在电路设计时，应根据实际需求合理选择电容参数，确保其与电路的设计要求相匹配。
电子产品组装中陶瓷电容常见失效模式及改善建议
电子产品组装中陶瓷电容常见失效模式及改善建议电子产品中常见的陶瓷电容失效模式有漏电、断线、破裂等。
以下是对这些失效模式的分析以及改善建议。
1.漏电：陶瓷电容的漏电是指电容器在工作过程中出现电流通过绝缘材料，导致电容器失效。
这可能是由于陶瓷电容的绝缘层质量不良引起的，也可能是由于电容器使用环境中的湿度过高引起的。
改善建议：a.选择高质量的陶瓷电容器，确保陶瓷材料具有良好的绝缘性能。
b.控制电容器使用环境中的湿度，避免湿度过高导致漏电。
2.断线：陶瓷电容器的断线通常发生在电容器的引线位置。
这可能是由于工艺不良引起的，也可能是由于电容器的引线材料质量不良引起的。
改善建议：a.提高制造工艺的质量控制，确保电容器引线与电容体之间的连接牢固可靠。
b.选择高质量的引线材料，确保引线的连接性能良好。
3.破裂：陶瓷电容器的破裂通常发生在电容器的外壳上。
这可能是由于外界应力过大引起的，也可能是由于制造工艺不良引起的。
改善建议：a.设计和选择合适尺寸的陶瓷电容器，以满足实际应用场景的需求，避免外界应力过大。
b.提高制造工艺的质量控制，确保电容器外壳的强度满足要求。
此外，还有几个改善建议适用于以上三种常见失效模式：a.进行多次的温度循环测试，以确保陶瓷电容能够在不同温度范围下稳定工作。
b.对陶瓷电容器进行严格的耐压测试，以确保其能够在额定电压范围内正常工作。
c.对陶瓷电容器进行振动和冲击测试，以确保其能够在不同振动和冲击条件下正常工作。
综上所述，在电子产品的组装中，陶瓷电容常见的失效模式是漏电、断线和破裂。
为了改善这些失效模式，应选择质量优良的陶瓷材料和引线材料，改善制造工艺的质量控制，并进行必要的温度循环、耐压、振动和冲击测试等。
这些措施可以确保陶瓷电容器在电子产品中的可靠性和稳定性。
陶瓷电容失效模式和失效机理_概述说明以及解释
陶瓷电容失效模式和失效机理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述陶瓷电容是一种常见且广泛应用于电子设备中的元件。
它具有体积小、重量轻、稳定性高、温度特性好等优点，因此在各个领域都有着广泛的应用。
然而，陶瓷电容在使用中也会出现失效现象，导致其功能无法正常发挥或完全失去功能。
了解陶瓷电容的失效模式和失效机理对于设计和维护电子设备至关重要。
1.2 文章结构本文将首先对陶瓷电容进行概念和应用领域的介绍，接着对其失效模式进行分类和定义，并简要介绍相关的失效机理。
随后，我们将分别详细探讨两种常见失效模式及其相关要点，并提供实际示例加以说明。
最后，本文将总结研究成果并展望未来的研究方向。
1.3 目的本文旨在提供一个系统且全面的概述，以帮助读者更好地了解陶瓷电容的失效模式和失效机理。
通过清晰地描述每种失效模式及其相关要点，并给出实例以加深理解，读者将能够发现并解决陶瓷电容在实际应用中可能出现的问题，并提供改进和优化的方向。
此外，本文也为未来相关研究提供了参考和展望。
以上是“1. 引言”部分的内容，希望对你的长文撰写有所帮助。
2. 陶瓷电容失效模式和失效机理概述2.1 陶瓷电容概念和应用领域陶瓷电容是一种广泛使用于电子产品中的passives 元件，其主要由导体和绝缘体构成。
导体常采用金属，例如银或钨，并具有可靠的电导性能。
绝缘体通常采用陶瓷材料，如硬陶瓷（多为氧化铁、氧化锰、二氧化硅等），以提供良好的介电性。
由于其优异的特性，陶瓷电容被广泛应用于各种电子设备中，包括通信设备、计算机及消费类电子产品等。
它们常用于储存与释放电能、稳定电流和阻抗匹配等功能。
2.2 失效模式分类和定义对于陶瓷电容而言，失效模式指元件在使用过程中可能出现的故障或损坏类型。
这些失效模式可以基于不同因素进行分类，如环境条件、操作方式和设计问题等。
常见的陶瓷电容失效模式包括但不限于以下几种：a) 短路：陶瓷电容内部存在导体间接触或导体与外壳产生直接短路现象。
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失效应力与失效模式的相关性
• 过电：pn结烧毁、电源内引线烧毁、电 源金属化烧毁 • 静电：MOS器件氧化层击穿、输入保护 MOS 电路潜在损伤或烧毁 • 热：键合失效、Al-Si互溶、pn结漏电 • 热电：金属电迁移、欧姆接触退化 • 高低温：芯片断裂、芯片粘接失效 • 低温：芯片断裂
• • • • • 由高温寿命L1推算常温寿命L2 F=L2/L1 对指数分布 L1=MTTF=1/λ λ失效率
试验时间内失效的元件 数 初始时间未失效元件数 ×试验时间
失效率＝
温度应力－时间模型的简化： 十度法则
• 内容：从室温算起，温度每升高10度， 寿命减半。 • 应用举例：推算铝电解电容寿命 105C，寿命1000h（标称值） 55C, 寿命1000X2E5=32000h 35C，寿命1000X2E7=128000h =128000/365/24=14.81年
烘焙和清洗技术的应用举例
烘焙和清洗技术的应用举例
• 双极型器件的反向靠背椅特性是钝化层 可动离子沾污的结果，可用高温反偏和 高温储存来证实。
失效分析的发展方向
• • • • • 失效定位成为关键技术 非破坏 非接触 高空间分辨率 高灵敏度
无损失效分析技术
• 无损分析的重要性 (从质检和失效分析两 方面考虑) • 检漏技术 • X射线透视技术 用途：观察芯片和内引线的完整性 • 反射式扫描声学显微技术 用途：观察芯片粘接的完整性，微裂纹， 界面断层
F = m
M t − M 0 = Ae
(t − t 0 )
mvt − mv0 = F (t − t0 )
失效物理模型小结
• 应力－强度模型与断裂力学模型相似， 不考虑激活能和时间效应，适用于偶然 失效和致命性失效，失效过程短，特性 变化快，属剧烈变化，失效现象明显 • 应力－时间模型（反应论模型）与牛顿 力学模型相似，考虑激活能和时间效应 ，适用于缓慢退化，失效现象不明显
时间
以失效分析为目的的电测技术
• 电测在失效分析中的作用 重现失效现象，确定失效模式，缩小故 障隔离区，确定失效定位的激励条件， 为进行信号寻迹法失效定位创造条件 • 电测的种类和相关性 连接性失效、电参数失效和功能失效
电子元器件失效分析的简单实 用测试技术（一）
• 连接性测试：万用表测量各管脚对地端/电源端 /另一管脚的电阻，可发现开路、短路和特性退 化的管脚。电阻显著增大或减小说明有金属化 开路或漏电部位。 • 待机(stand by)电流测试:所有输入端接地（或电 源），所有输出端开路，测电源端对地端的电 流。待机(stand by)电流显著增大说明有漏电失 效部位。待机(stand by)电流显著减小说明有开 路失效部位。
失效物理的概念
• 定义：研究电子元器件失效机理的学科 • 失效物理与器件物理的区别 • 失效物理的用途
失效物理的定义
• 定义：研究电子元器件失效机理的学科 • 失效机理：失效的物理化学根源 • 举例：金属电迁移
金属电迁移
• 失效模式：金属互连线电阻值增大或开路 • 失效机理：电子风效应 • 产生条件：电流密度大于10E5A/cm2 高温 • 纠正措施：高温淀积，增加铝颗粒直径，掺铜， 降低工作温度，减少阶梯，铜互连、平面化工 艺
举例说明：失效分析的概念和作用
• • • • • • 某EPROM 使用后无读写功能 失效模式：电源对地的待机电流下降 失效部位：部分电源内引线熔断 失效机理：闩锁效应 确定失效责任方：模拟试验 改进措施建议：改善供电电网，加保护 电路
失效分析的受益者
• 元器件厂：获得改进产品设计和工艺的依据 • 整机厂：获得索赔、改变元器件供货商、改进 电路设计、改进电路板制造工艺、提高测试技 术、设计保护电路的依据 • 整机用户：获得改进操作环境和操作规程的依 据 • 提高产品成品率和可靠性，树立企业形象，提 高产品竞争力
电子元器件失效分析的简单实 用测试技术（二）
• 各端口对地端/电源端的漏电流测试（或 I——V测试）,可确定失效管脚。 • 特性异常与否用好坏特性比较法确定。
由反向I－V特性确定失效机理
4.50E-02 4.00E-02 3.50E-02 烧断电源端1对地 烧断电源端2对地 烧断电源端3对地 未烧断电源端对地 3.00E-02
失效机理的概念（续）
• 参数漂移的可能失效机理：封装内水汽 凝结、介质的离子沾污、欧姆接触退化、 金属电迁移、辐射损伤
失效机理的内容
• 失效模式与材料、设计、工艺的关系 • 失效模式与环境应力的关系 环境应力包括：过电、温度、湿度、机 械应力、静电、重复应力 • 失效模式与时间的关系
水汽对电子元器件的影响
由反向I－V特性确定失效机理
• 反向击穿电压不稳定：芯片断裂、芯片 受潮
烘焙技术
• 1应用范围：漏电流大或不稳定、阻值低 或不稳定、器件增益低、继电器接触电 阻大 • 2用途：确定表面或界面受潮和沾污 • 3方法：高温储存、高温反偏
清洗技术
• 应用范围：离子沾污引起的表面漏电 • 用途：定性证明元器件受到表面离子沾 污 • 方法：无水乙醇清洗 去离子水冲洗（可免去） 烘干
失效发生期与失效机理的关系
• 早期失效：设计失误、工艺缺陷、材料 缺陷、筛选不充分 • 随机失效：静电损伤、过电损伤 • 磨损失效：元器件老化 • 随机失效有突发性和明显性 • 早期失效、磨损失效有时间性和隐蔽性
失效发生期与失效率
失效率＝
失 效 率 期
试验时间内失效的元件 数 试验初始的元件数 ×试验时间
电子元器件可靠性物理
中国电子电器可靠性工程协会 费庆 Tel. 010-67642668 北京市南三环东路27号C1108
第一讲 失效物理的概念
失效的概念
• 失效定义 1 特性剧烈或缓慢变化 2 不能正常工作 • 失效种类 1 致命性失效：如过电应力损伤 2 缓慢退化：如MESFET的IDSS下降 3 间歇失效：如塑封器件随温度变化间歇失效
应力－时间模型的应用：预计 元器件平均寿命
• 1求激活能 E
E ) kT E ln L = B + kT E ln L 1 = B + kT 1 L = A exp( ln L
2
Ln L2
Ln L1
B
E = B + kT
2
1/T1
1/T2
预计平均寿命的方法
• 2 求加速系数F
L 2 = A exp( E L2 = A exp(
小结
失效物理的定义：研究电子元器件失效机 理的学科 失效物理的用途： 1 失效分析：确定产品的失效模式、失效 机理，提出纠正措施，防止失效重复出 现 2 可靠性评价：根据失效物理模型，确定 模拟试验方法，评价产品的可靠性
第二讲 阻容元件失效机理
电容器的失效机理
• • • • 电解电容 钽电容 陶瓷电容 薄膜电容
收集失效现场数据
• 作用：根据失效现场数据估计失效原因 和失效责任方 根据失效环境：潮湿、辐射 根据失效应力：过电、静电、高温、低 温、高低温 根据失效发生期:早期、随机、磨损 • 失效现场数据的内容
水汽对电子元器件的影响
• • • • 电参数漂移 外引线腐蚀 金属化腐蚀 金属半导体接触退化
辐射对电子元器件的影响
2.50E-02 电（ 流A ）2.00E-021.源自0E-021.00E-02
5.00E-03
0.00E+00 0 2 4 6 8 10 12 14
- 5.00E-03 反向电压（V）
由反向I－V特性确定失效机理
• 直线为电阻特性，pn结穿钉，属严重 EOS损伤。 • 反向漏电流随电压缓慢增大，pn结受 EOS损伤或ESD损伤。 • 反向击穿电压下降，pn结受EOS损伤或 ESD损伤。
失效发生期与失效机理的关系
• 早期失效：设计失误、工艺缺陷、材料 缺陷、筛选不充分 • 随机失效：静电损伤、过电损伤 • 磨损失效：元器件老化 • 随机失效有突发性和明显性 • 早期失效、磨损失效有时间性和隐蔽性
第四讲 失效分析技术
失效分析的作用
• 确定引起失效的责任方（用应力－强度 模型说明） • 确定失效原因 • 为实施整改措施提供确凿的证据
固体钽电容
• 过流烧毁 • 正负极反接
陶瓷电容
电路板弯曲引起芯片断裂，漏电流增 大
陶瓷电容
• 银迁移引起边缘漏电和介质内部漏电
第三讲 微电子器件失效机理
失效模式的概念和种类
• 失效的表现形式叫失效模式 • 按电测结果分类：开路、短路或漏电、 参数漂移、功能失效
失效机理的概念
• 失效的物理化学根源叫失效机理。例如 • 开路的可能失效机理：过电烧毁、静电 损伤、金属电迁移、金属的电化学腐蚀、 压焊点脱落、CMOS电路的闩锁效应 • 漏电和短路的可能失效机理：颗粒引发 短路、介质击穿、pn微等离子击穿、SiAl互熔
温度应力－时间模型
dM dt = Ae
E − kT
T高，反应速率大，寿命短 E大，反应速率小，寿命长
温度应力的时间累积效应
M t − M 0 = Ae
E − kT
(t − t 0 )
失效原因：温度应力的时间累积效 应，特性变化超差
与力学公式类比
dM dt = Ae
E − kT
dv dt
E − kT
失效分析技术的延伸
• 进货分析的作用：选择优质的供货渠道， 防止假冒伪劣元器件进入整机生产线 • 良品分析的作用：学习先进技术的捷径 • 破坏性物理分析（DPA）：失效前的物 理分析
失效分析的一般程序
收集失效现场数据 电测并确定失效模式 非破坏检查 打开封装 镜检 通电并进行失效定位 对失效部位进行物理化学分析，确定失效机 理 • 综合分析，确定失效原因，提出纠正措施 • • • • • • •