陶瓷貼片電容的失效與可靠性分析
信息來源于:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于:2023-06-30
一、貼片電容的主要參數(shù)
貼片電容的主要參數(shù)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(shù)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(shù)表示。
2、額定工作電壓 在允許的環(huán)境條件下,在規(guī)則的工作壽命期間,能夠連續(xù)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(guī)則期限內(nèi),規(guī)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(guī)則范圍時,貼片電容的工作電壓必需隨之而產(chǎn)生相應(yīng)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(jīng)過耐壓實驗加以考核。經(jīng)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(nèi)貼片電容因發(fā)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(xiàn)為介質(zhì)的漏導(dǎo)損耗,交流電場作用下除漏導(dǎo)損耗外,還有介質(zhì)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(shù)有:絕緣電阻、時間常數(shù)和漏電流。貼片電容上所加的直流電壓與所產(chǎn)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(shù)是絕緣電阻與貼片電容量的乘積,它僅取決于介質(zhì)自身性質(zhì),而與貼片電容的幾何尺寸無關(guān)。時間常數(shù)普通適用于貼片電容量大于 0.1uF的有機介質(zhì)貼片電容的絕緣性能指標。關(guān)于電解貼片電容,由于其金屬化膜介質(zhì)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(yīng)用漏電流評價電解貼片電容的絕緣性。
6、溫度系數(shù) 貼片電容溫度變化一度時的貼片電容質(zhì)變化百分率稱為溫度系數(shù)。貼片電容的溫度系數(shù)大小跟介質(zhì)資料的溫度特性與貼片電容的構(gòu)造工藝有關(guān)。貼片電容溫度系數(shù)應(yīng)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(shù)(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(tài)變化、浪涌電流、功率耗散過大、熱應(yīng)力、機械應(yīng)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(wěn)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(chǎn)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(zhì)內(nèi)空泛
介質(zhì)內(nèi)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(nèi)部分過熱, 由于熱電的正反應(yīng),進一步降低陶瓷介質(zhì)的絕緣性能,招致貼片電容該位置的漏電增加。該過程循環(huán)發(fā)作,不時惡化,輕則招致貼片電容的參數(shù)飄移(絕緣電阻減小、損耗增大等),重則招致貼片電容介質(zhì)擊穿,從而使貼片電容兩端電流過大,可能產(chǎn)生爆炸以至熄滅等過熱燒毀的嚴重結(jié)果。陶瓷介質(zhì)內(nèi)空泛的案例請參見圖1、圖2的典型形貌:
剖析結(jié)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(jié)為多層資料堆疊共燒,燒結(jié)溫度可高達 1000℃以上, 燒結(jié)工藝的不良容易招致分層的發(fā)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(nèi)在缺陷。分層案例請參見圖3、圖4的典型形貌:
剖析結(jié)論:內(nèi)電極之間有分層,可能與陶瓷燒結(jié)工藝不良有關(guān)。
2、溫度沖擊及機械應(yīng)力產(chǎn)生的裂紋
溫度沖擊主要是發(fā)作在貼片電容焊接過程中,不當(dāng)?shù)姆敌抟彩钦兄聹囟葲_擊裂紋的重要產(chǎn)生緣由。多層陶瓷貼片電容的特性是可以接受較大的壓應(yīng)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(chǎn)生彎曲變形的操作都可能招致貼片電容開裂。常見的應(yīng)力源有:陶瓷貼片電容與印刷電路板資料之間的收縮系數(shù)不同,印刷電路板的機械彎曲, 裝配產(chǎn)生的應(yīng)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(jīng)一段時間才會顯現(xiàn)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(dāng)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(yīng)力產(chǎn)生的裂紋案例請參見圖5、圖6的典型形貌:
剖析結(jié)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(dāng)有關(guān),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(zhì)部分區(qū)域的瞬時功率耗散才能,就會惹起熱失控狀態(tài),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(jié)論:浪涌電流使貼片電容絕緣性降落,形成擊穿短路,在熱應(yīng)力下炸裂。
4、介質(zhì)擊穿
介質(zhì)擊穿可能是由于過壓狀態(tài)或者貼片電容自身來料缺陷惹起的。介質(zhì)擊穿案例請參見圖10、圖11的典型形貌:
剖析結(jié)論:在研磨過程中發(fā)現(xiàn)失效樣品內(nèi)部陶瓷介質(zhì)有裂紋,并且擊穿燒毀區(qū)域發(fā)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(nèi)電極層間錯位惹起兩內(nèi)電極短路。由于在裂紋中發(fā)現(xiàn)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(yīng)該就曾經(jīng)存在,并不是由于樣品的擊穿而招致裂紋的產(chǎn)生。因而貼片電容失效的緣由是,機械應(yīng)力(包括高溫應(yīng)力和機械應(yīng)力) 形成貼片電容開裂,內(nèi)部電極短路,從而樣品短路燒毀失效。