陶瓷电容MLCC漏电失效分析
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。
(整理)陶瓷电容失效分析
多层陶瓷电容器(MLCC)的典型结构中导体一般为Ag或AgPd，陶瓷介质一般为(SrBa)TiO3，多层陶瓷结构通过高温烧结而成。
器件端头镀层一般为烧结Ag/AgPd，然后制备一层Ni阻挡层(以阻挡内部Ag/AgPd材料，防止其和外部Sn 发生反应)，再在Ni层上制备Sn或SnPb层用以焊接。
近年来，也出现了端头使用Cu的MLCC产品。
根据MLCC的电容数值及稳定性，MLCC划分出NP1、COG、 X7R、 Z5U 等。
根据MLCC的尺寸大小，可以分为1206，0805，0603，0402，0201等。
MLCC 的常见失效模式多层陶瓷电容器本身的内在可靠性十分优良，可以长时间稳定使用。
但如果器件本身存在缺陷或在组装过程中引入缺陷，则会对其可靠性产生严重影响。
陶瓷多层电容器失效的原因分为外部因素和内在因素内在因素主要有以下几种：1.陶瓷介质内空洞 (Voids)导致空洞产生的主要因素为陶瓷粉料内的有机或无机污染，烧结过程控制不当等。
空洞的产生极易导致漏电，而漏电又导致器件内部局部发热，进一步降低陶瓷介质的绝缘性能从而导致漏电增加。
该过程循环发生，不断恶化，严重时导致多层陶瓷电容器开裂、爆炸，甚至燃烧等严重后果。
2.烧结裂纹 (firing crack)烧结裂纹常起源于一端电极，沿垂直方向扩展。
主要原因与烧结过程中的冷却速度有关，裂纹和危害与空洞相仿。
3.分层 (delamination)多层陶瓷电容器的烧结为多层材料堆叠共烧。
烧结温度可以高达1000℃以上。
层间结合力不强，烧结过程中内部污染物挥发，烧结工艺控制不当都可能导致分层的发生。
分层和空洞、裂纹的危害相仿，为重要的多层陶瓷电容器内在缺陷。
外部因素主要为：1.温度冲击裂纹(thermal crack)主要由于器件在焊接特别是波峰焊时承受温度冲击所致，不当返修也是导致温度冲击裂纹的重要原因。
2.机械应力裂纹(flex crack)多层陶瓷电容器的特点是能够承受较大的压应力，但抵抗弯曲能力比较差。
陶瓷电容和薄膜电容失效分析
电容失效分析概述a、某电源在市场因吸收陶瓷电容炸裂烧毁，造成市场批量整改，以及对用到此陶瓷电容其它产品线模块进行长达近一年的风险评估试验。
b、在某充电机模块的生产过程中，老化时薄膜电容器连续失效，导致二极管烧毁。
原因分析a、陶瓷电容失效分析陶瓷电容作为PFC二极管的阻容吸收电路和输出整流二极管的RCD吸收电路，经对失效批次电容测试容量和电压满足要求，损耗高于规格书要求。
由于该电源是密封使用，环境温度较高，损耗高电容的发热就高，电容温度超过最高使用温度，随着时间的延长，电容自身损耗不断上升，由于自身温升和环境无法达到热平衡，不断恶化，最终导致电容出现热击穿，发生电容炸裂。
后查实为供应商擅自换料造成，认为满足电压和容量要求就可以了。
b、薄膜电容失效分析薄膜电容器用于二极管吸收电路，电容额定压630VDC，电路中正常尖峰小于200V，满足降额要求。
失效电容器外观良好，无损坏痕迹。
用LCR表测试，失效样品均无容量，引脚间呈开路状态。
解开电容器塑料封装，引线以及引线与喷金层焊接良好，喷金层与芯子连接部位有发黑痕迹；展开电容器芯子金属化膜，部分失效电容器金属化膜光亮平整完好，另一部分金属化膜已经发热变形。
初步判断为电路dv/dt过大导致电容器失效。
测试电路中电压波形，发现dv/dt 为3000V/μs，但选用的薄膜电容器dv/dt最大值只有40V/μs。
为验证失效模式，取一批新电容器，初测正常，上机老化后，电容器80-90％失效，排除厂家来料质量问题，确定该电容器不适合在该电路中使用。
解决方案a、陶瓷电容选用低损耗同容量同电压物料，应用多年未发现失效。
对于陶瓷电容，因介质不同、相同容量和电压的电容，其损耗差别很大。
如选型仅从电压等级和容量上来考虑，会造成误选，因此类失效，生产中不会立即表现，易造成市场上严重损失。
b、所有单板（包括半成品、成品以及发货产品）此位置使用的该电容器全部更换为同规格dv/dt较大的双面金属化聚丙烯电容器后问题解决。
MLCC失效分析全面案例课件
全面的M1CC失效分析案例课件Q：M1CC电容是什么结构的呢？A：多层陶瓷电容器是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极）制成的电容。
TerminationsM1CC电容特点：机械强度：硬而脆，这是陶瓷材料的机械强度特点。
热脆性：M1eC内部应力很复杂，所以耐温度冲击的能力很有限。
Q：M1CC电容常见失效模式有哪些？A：焊接锡量不当r组装缺陷《［墓碑效应多层陶瓷J （陶瓷介质内空洞电容器缺陷］f内在因素«电极内部分层I本体缺陷1浆料堆积（机械应力【外在因素《热应力I电应力Q：怎么区分不同原因的缺陷呢？有什么预防措施呢？当温度发生变化时，过量的焊锡在贴片电容上产生很高的张力，会使电容内部断裂或者电容器脱帽，裂纹一般发生在焊锡少的一侧；焊锡量过少会造成焊接强度不足，电容从PCB板上脱离，造成开路故障。
2、墓碑效应(d)Norma1图3墓碑效应示意图在回流焊过程中，贴片元件两端电极受到焊锡融化后的表面张力不平衡会产生转动力矩，将元件一端拉偏形成虚焊，转动力矩较大时元件一端会被拉起，形成墓碑效应。
原因：本身两端电极尺寸差异较大；锡镀层不均匀；PCB板焊盘大小不等、有污物或水分、氧化以及焊盘有埋孔；锡膏粘度过高，锡粉氧化。
措施：①焊接之前对PCB板进行清洗烘干，去除表面污物及水分；②进行焊前检查，确认左右焊盘尺寸相同；③锡膏放置时间不能过长，焊接前需进行充分的搅拌。
本体缺陷一内在因素1、陶瓷介质内空洞图4陶瓷介质空洞图原因：①介质膜片表面吸附有杂质；②电极印刷过程中混入杂质；③内电极浆料混有杂质或有机物的分散不均匀。
2、电极内部分层图5电极内部分层原因：多层陶瓷电容器的烧结为多层材料堆叠共烧。
瓷膜与内浆在排胶和烧结过程中的收缩率不同，在烧结成瓷过程中，芯片内部产生应力，使M1CC产生再分层。
预防措施：在M1CC的制作中，采用与瓷粉匹配更好的内浆，可以降低分层开裂的风险。
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。
MLCC漏电失效分析 (2)
M L C C漏电失效分析美信检测失效分析实验室摘要：本文通过X射线透视检查、MLCC外观、MLCC内部结构分析及SEM/EDS检查，认为造成MLCC漏电失效的原因为：电容本身质量问题，MLCC内部存在镍瘤，镍瘤的存在使热应力裂纹的萌生产生了可能。
关键词：MLCC, 镍瘤，片式多层陶瓷电容器，失效分析，MLCC漏电失效分析1. 案例背景客户端在老化实验测试阶段发现MLCC出现漏电失效，其不良比率不详，该MLCC焊接工艺为回流焊接工艺。
2. 分析方法简述通过外观检查OK样品与NG样品表面未见明显异常。
NG样品OK样品通过X射线透视检查，OK样品和NG样品内部均未发现裂纹孔洞等异常。
MLCC X射线透视内部结构图将OK样品和NG样品分别切片，然后在金相显微镜下放大拍照观察MLCC内部结构，NG样品电容内部存在镍瘤及热应力裂纹，而OK样品未见异常。
MTT（美信检测）是一家从事材料及零部件品质检验、鉴定、认证及失效分析服务的第三方实验室,网址：联系电话：、。
裂纹镍瘤NG样品OK样品通过对样品剖面SEM/EDS分析，NG样品电容内部电极层不连续，存在明显镍瘤；其镍瘤周围多条向外延伸裂纹并在裂缝通道内发现明显碳化痕迹（EDS结果中C含量高达50%），此应为热应力裂纹，裂纹的存在直接导致电容性能异常；而OK样品电容内部电极层连续，陶瓷介质层致密未发现孔洞及镍瘤，电容性能良好。
镍瘤位置碳化痕迹位置NG样品电容内部局部形貌EDS能谱图（镍瘤位置）OK样品电容内部结构空白样品电容内部形貌和EDS能谱图（镍瘤位置）➢失效模式分析：多层陶瓷电容器（MLCC）本身的内在可靠性十分优良，可长时间稳定使用。
但如果器件本身存在缺陷或在组装过程中引入缺陷，则会对可靠性产生严重的影响。
陶瓷多层电容器（MLCC）失效的原因一般分为外部因素和内在因素。
内在因素包括: 陶瓷介质内空洞、介质层分层；外部因素包括：热应力裂纹及机械应力裂纹。
陶瓷电容来料失效原因
陶瓷电容来料失效原因陶瓷电容是一种常见的电子元器件，用于储存和释放电荷。
然而，陶瓷电容也会出现失效的情况，导致其无法正常工作。
本文将探讨陶瓷电容失效的原因。
陶瓷电容可能因为电压过高而失效。
陶瓷电容具有一定的工作电压范围，超出这个范围，会导致电容器内部的电介质击穿，电容器失效。
因此，在使用陶瓷电容时，需要根据电路的需求选择合适的工作电压范围，以避免电容失效。
温度也是导致陶瓷电容失效的原因之一。
陶瓷电容的电介质材料对温度敏感，当温度超过一定范围时，电容器的电介质会发生物理或化学变化，导致电容器失效。
因此，需要在设计和使用电路时，考虑到陶瓷电容的工作温度范围，以确保其正常工作和寿命。
振动和机械应力也可能导致陶瓷电容失效。
陶瓷电容通常是通过焊接或固定在电路板上的，如果电容器在使用过程中遭受到强烈的振动或机械应力，可能会导致焊点断裂或电容器内部结构破坏，进而引起电容失效。
因此，在安装和使用过程中，需要注意保护陶瓷电容，避免其受到过大的振动和机械应力。
陶瓷电容还可能由于电容器本身的质量问题而失效。
在制造过程中，陶瓷电容可能存在一些制造缺陷，如气泡、裂纹等，这些缺陷可能导致电容器在使用过程中失效。
因此，在选购和使用陶瓷电容时，需要选择质量可靠的产品，并注意检查电容器表面是否有明显的缺陷。
陶瓷电容还可能由于电容器的老化而失效。
陶瓷电容在使用过程中，会受到电场的影响，导致电容器内部的电介质逐渐老化，电容值发生变化，甚至失效。
因此，在使用过程中，需要定期检测和更换老化的陶瓷电容，以确保电路的正常工作。
陶瓷电容失效的原因主要包括电压过高、温度过高、振动和机械应力、质量问题以及电容器老化等。
在设计和使用电路时，需要考虑到这些因素，选择合适的陶瓷电容，并注意保护和维护电容器，以确保电路的正常工作和寿命。
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MLCC漏电失效分析
1. 案例背景
客户端在老化实验测试阶段发现MLCC出现漏电失效，其不良比率不详，该MLCC焊接工艺为回流焊接工艺。
2. 分析方法简述
通过外观检查OK样品与NG样品表面未见明显异常。
通过X射线透视检查，OK样品和NG样品内部均未发现裂纹孔洞等异常。
将OK样品和NG样品分别切片，然后在金相显微镜下放大拍照观察MLCC内部结构，NG样品电容内
部存在镍瘤及热应力裂纹，而OK样品未见异常。
通过对样品剖面SEM/EDS分析， NG样品电容内部电极层不连续，存在明显镍瘤；其镍瘤周围多条向外延伸裂纹并在裂缝通道内发现明显碳化痕迹（EDS结果中C含量高达50%），此应为热应力裂纹，裂纹的存在直接导致电容性能异常；而OK样品电容内部电极层连续，陶瓷介质层致密未发现孔洞及镍瘤，电容性能良好。
3. 分析与讨论
失效模式分析：
多层陶瓷电容器（MLCC）本身的内在可靠性十分优良，可长时间稳定使用。
但如果器件本身存在缺陷或在组装过程中引入缺陷，则会对可靠性产生严重的影响。
陶瓷多层电容器（MLCC）失效的原因一般分为外部因素和内在因素。
内在因素包括: 陶瓷介质内空洞、介质层分层；外部因素包括：热应力裂纹及机械应力裂纹。
1)陶瓷介质内的孔洞
所谓的陶瓷介质内的孔洞是指在相邻电极间的介质层中存在较大的孔洞，这些孔洞由于内部可能含有水汽或离子，在端电极间施加电压时，降低此处的耐压强度，导致此处发生过电击穿现象。
2)介质层分层
多层陶瓷电容的烧结为多层材料堆叠共烧，烧结温度在1000℃以上。
层间结合力不强，烧结过程中内部污染物挥发，烧结工艺控制不当都可能导致分层的发生。
值得一提的是，某些分层还可能导致陶瓷介质内部产生裂纹，或在介质层内出现断续的电极颗粒等，这些都与电容器的生产工艺有关。
分层的直接影响是绝缘电阻降低，电容量减小。
3)热应力裂纹
实际使用中各种温度冲击往往容易产生热应力，热应力产生的裂纹主要分布区域为陶瓷靠近端电极的两侧，常见的表现形式为贯穿瓷体的裂纹，有的裂纹与内电极呈现90°。
需要强调的是，这些
裂纹产生后，不一定在现场就表现出实效，大多数是在使用一段时间后，水汽或离子进入裂纹内部，致使电容的绝缘电阻降低而导致电容失效。
4)机械应力裂纹
多层陶瓷电容器（MLCC）的特点是能够承受较大的压应力，但抵抗弯曲能力比较差。
器件组装过程中任何可能产生弯曲变形的操作都可能导致器件开裂。
常见的应力源有：工艺过程电路板流转操作；流转过程中的人、设备、重力等因素；元件接插操作；电路测试；单板分割；电路板安装；电路板定位铆接；螺丝安装等。
该裂纹一般源于器件上下金属化端子，沿45°向器件内部扩展，详见图23。
案例失效分析与讨论
通过外观检查OK样品与NG样品表面均完好，未见裂纹、破损等异常。
通过X-ray透视检查，OK样品和NG样品内部均未发现裂纹孔洞等异常。
将OK样品和NG样品分别切片，然后在金相显微镜下放大拍照观察MLCC内部结构，NG样品电容内部存在镍瘤及热应力裂纹，而OK样品未见异常。
通过对样品剖面SEM/EDS分析， NG样品电容内部电极层不连续，存在明显镍瘤；其镍瘤周围多条向外延伸裂纹并在裂缝通道内发现明显碳化痕迹（EDS结果中C含量高达50%），此应为热应力裂纹，裂纹的存在直接导致电容性能异常；而OK样品电容内部电极层连续，陶瓷介质层致密未发现孔洞及镍瘤，电容性能良好。
4. 结论
综合测试分析可知，导致产品测试异常的原因为：NG失效的根本原因在于电容本身质量问题，其内部存在镍瘤，镍瘤的存在使热应力裂纹的萌生产生了可能。
建议：对MLCC每批来料进行抽检做切片分析，观察其内部结构是否存在来料不良问题。