陶瓷電容的失效與可靠性分析

概述

電容是電子設備中主要基礎元件之一，它廣泛用於(yu) 電視機、收音機、手機、電子儀(yi) 器等設備中，用作儲(chu) 能和傳(chuan) 遞信息，但在使用當中它也會(hui) 由於(yu) 一些內(nei) 外在因素而失效。電容在各種應力作用下其材料發生物理和化學變化，導致電參數變劣而最後失效，可分為(wei) 電應力（電流、電壓）和環境應力（濕度、溫度、氣壓、振動和衝(chong) 擊等）兩(liang) 種。

一、電容的主要參數

 容的主要參數有：標稱電容量與(yu) 允許偏差、額定工作電壓、介電強度、損耗、絕緣電阻、電容溫度係數等。 

  1、標稱電容量與(yu) 允許偏差 電容標明的電容量稱為(wei) 標稱電容量，電容允許偏差的定義(yi) 是允許容量偏差與(yu) 標稱容量的比值，一般用百分數表示。

  2、額定工作電壓 在允許的環境條件下，在規定的工作壽命期間，可以連續加在電容上的最大直流電壓或交流電壓的有效值稱為(wei) 電容的額定工作電壓。額定工作電壓是電容在規定期限內(nei) ，規定條件下能夠可靠工作的電壓。工作條件或工作期限超過規定範圍時，電容的工作電壓必須隨之而產(chan) 生相應的變化，否則將會(hui) 影響電容的工作可靠性。 

  3、介電強度 電容承受一定大小的電場強度（或電壓）而不致被擊穿的能力稱為(wei) 介電強度，一般通過耐壓試驗加以考核。通過耐壓試驗，可以快速剔除存在隱患的電容，保證成品電容在使用壽命期間工作的可靠性。 

  4、損耗 電場作用下單位時間內(nei) 電容因發熱而消耗的能量稱為(wei) 電容的損耗。直流電場作用下主要表現為(wei) 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，還必須計入電容金屬部分（包括接觸電阻）引起的損耗。通常用損耗角正切表示電容的損耗特性。 

 5、絕緣性能 表征電容絕緣性能的參數有：絕緣電阻、時間常數和漏電流。電容上所加的直流電壓與(yu) 所產(chan) 生的漏電流的比值稱為(wei) 絕緣電阻。絕緣電阻這種絕緣性指標一般適用於(yu) 電容量不大於(yu) 0.1uF的有機電容以及所有有機電容。時間常數是絕緣電阻與(yu) 電容量的乘積，它僅(jin) 取決(jue) 於(yu) 介質本身性質，而與(yu) 電容的幾何尺寸無關(guan) 。時間常數一般適用於(yu) 電容量大於(yu) 0.1uF的有機介質電容的絕緣性能指標。對於(yu) 電解電容，由於(yu) 其金屬化膜介質存在很多缺陷，無法采用材料特性表征電容絕緣特性，故直接應用漏電流評價(jia) 電解電容的絕緣性。 

 6、溫度係數 電容溫度變化一度時的電容量變化百分率稱為(wei) 溫度係數。電容的溫度係數大小跟介質材料的溫度特性與(yu) 電容的結構工藝有關(guan) 。電容溫度係數應盡可能接近零值。

二、陶瓷電容的失效模式及失效機理

  1、電容常見的失效模式有：短路、開路、參數（包括電容量、損耗、漏電流等）飄移等。

  2、電容常見的失效機理包括：來料本身的缺陷、外加電壓過高、電壓瞬態變化、浪湧電流、功率耗散過大、熱應力、機械應力、汙染等。

三、陶瓷電容的失效機理

 多層陶瓷電容本身的可靠性較高，可以長時間穩定使用。但如果器件本身存在缺陷或在組裝過程引入缺陷，則會(hui) 對其可靠性產(chan) 生嚴(yan) 重的影響。陶瓷電容常見的失效機理主要有以下幾種： 

1、來料本身的缺陷

 a）陶瓷介質內(nei) 空洞 

介質內(nei) 的空洞容易導致漏電，介電強度降低。漏電容易導致電容內(nei) 局部過熱， 由於(yu) 熱電的正反饋，進一步降低陶瓷介質的絕緣性能，導致電容該位置的漏電增加。該過程循環發生，不斷惡化，輕則導致電容的參數飄移（絕緣電阻減小、損耗增大等），重則導致電容介質擊穿，從(cong) 而使電容兩(liang) 端電流過大，可能產(chan) 生爆炸甚至燃燒等過熱燒毀的嚴(yan) 重後果。

 b）分層 

多層陶瓷電容的燒結為(wei) 多層材料堆疊共燒，燒結溫度可高達 1000℃以上， 燒結工藝的不良容易導致分層的發生，分層和空洞、裂紋的危害相似，都是多層陶瓷電容重要的內(nei) 在缺陷。

2、溫度衝(chong) 擊及機械應力產(chan) 生的裂紋

  溫度衝(chong) 擊主要是發生在電容焊接過程中，不當的返修也是導致溫度衝(chong) 擊裂紋的重要產(chan) 生原因。多層陶瓷電容的特點是能夠承受較大的壓應力，但抵抗彎曲能力較差。電容在組裝過程中任何可能產(chan) 生彎曲變形的操作都可能導