深圳電容阻值降低及漏電檢測機構

概述

     本文通過無損分析、電性能測試、結構分析和成分分析，得出導致電容阻值下降、電容漏電是多方面原因共同作用的結果：（1）MLCC本身內部存在介質空洞（2）端電極與介質結合處存在機械應力裂紋（3）電容外表面存在破損。
1.案例背景
     MLCC電容在使用過程中出現阻值降低、漏電失效現象。
2.分析方法簡述
     透視檢查NG及OK樣品均未見裂紋、孔洞等明顯異常。

     從PCBA外觀來看，組裝之后的電容均未受到嚴重污染，但NG樣品所受污染程度比OK樣品嚴重，說明電容表面的污染可能是引起電容失效的潛在原因。EDS能譜分析可知，污染物主要為助焊劑與焊錫的混合物，金屬錫所占的比例約為16(wt.)%。從電容外觀來看，所有樣品表面均未見明顯異常，如裂紋等。

     利用數字萬用表分別測試NG電容和OK電容的電阻，并將部分失效樣品機械分離、清洗后測試其電阻，對電容進行失效驗證。電學性能測試表明，不存在PCB上兩焊點間導電物質（污染物）引起失效的可能性，失效部位主要存在于電容內部。
     對樣品進行切片觀察，OK樣品和NG樣品內部電極層均連續性較差，且電極層存在孔洞，雖然電極層孔洞的存在會影響電容電學性能，但不會造成電容阻值下降，故電極層孔洞不是電容漏電的原因。
     對NG樣品觀察，發現陶瓷介質中存在孔洞，且部分孔洞貫穿多層電極，孔洞內部可能存在水汽或者離子（外來污染），極易導致漏電，而漏電又會導致器件內局部發熱，進一步降低陶瓷介質的絕緣性從而導致漏電的增加，形成惡性循環；左下角端電極與陶瓷介質結合處存在機械應力裂紋，可導電的污染物可夾雜于裂紋中，導致陶瓷介質的介電能力下降而發生漏電，使絕緣阻值下降，此外裂紋內空氣中的電場強度較周邊高，而其擊穿電場強度卻遠比周邊絕緣介質低，從而電容器在后續工作中易被擊穿，造成漏電；除此之外，電容表面絕緣層存在嚴重破損，裂紋已延伸至內電極，加之表面污染物的存在，在惡劣潮濕環境下就會與端電極導通，形成漏電。
     對比失效樣品，OK樣品電容內部結構成分一致，內電極為Ni電極，電極層連續性較差，且存在較多細小孔洞。但并未發現貫穿相鄰電極的孔洞和機械應力裂紋的存在，電容表面破損程度亦較低，故不存在漏電現象。

3.分析與討論

多層陶瓷電容器（MLCC）本身的內在可靠性十分優良，可長時間穩定使用。但如果器件本身存在缺陷或在組裝過程中引入缺陷，則會對可靠性產生嚴重的影響。陶瓷多層電容器（MLCC）失效的原因一般分為外部因素和內在因素。內在因素包括: 陶瓷介質內空洞、介質層分層；外部因素包括：熱應力裂紋及機械應力裂紋。

1)陶瓷介質內的孔洞

    所謂的陶瓷介質內的孔洞是指在相鄰電極間的介質層中存在較大的孔洞，這些孔洞由于內部可能含有水汽或離子，在端電極間施加電壓時，降低此處的耐壓強度，導致此處發生過電擊穿現象。

2)介質層分層

    多層陶瓷電容的燒結為多層材料堆疊共燒，燒結溫度在1000℃以上。層間結合力不強，燒結過程中內部污染物揮發，燒結工藝控制不當都可能導致分層的發生。值得一提的是，某些分層還可能導致陶瓷介質內部產生裂紋，或在介質層內出現斷續的電極顆粒等，這些都與電容器的生產工藝有關。分層的直接影響是絕緣電阻降低，電容量減小。

3)熱應力裂紋

    實際使用中各種溫度沖擊往往容易產生熱應力，熱應力產生的裂紋主要分布區域為陶瓷靠近端電極的兩側，常見的表現形式為貫穿瓷體的裂紋，有的裂紋與內電極呈現90°。需要強調的是，這些裂紋產生后，不一定在現場就表現出實效，大多數是在使用一段時間后，水汽或離子進入裂紋內部，致使電容的絕緣電阻降低而導致電容失效。

4)機械應力裂紋

    多層陶瓷電容器（MLCC）的特點是能夠承受較大的壓應力，但抵抗彎曲能力比較差。器件組裝過程中任何可能產生彎曲變形的操作都可能導致器件開裂。常見的應 力源有：工藝過程電路板流轉操作；流轉過程中的人、設備、重力等因素；元件接插操作；電路測試；單板分割；電路板安裝；電路板定位鉚接；螺絲安裝等。該裂 紋一般源于器件上下金屬化端子，沿45°向器件內部擴展，詳見圖6。