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。 第二种、SMT之后生产阶段导致的破裂失效 电路板切割﹑测试﹑背面组件和连接器安装﹑及最后组装时，若焊锡组件受到扭曲或在焊锡过程后把电路板拉直，都有可能造成‘扭曲破裂’这类的损坏。 在机械力作用下板材弯曲变形时，陶瓷的活动范围受端位及焊点限制，破裂就会在陶瓷的端接界面处形成，这种破裂会从形成的位置开始，从45°角向端接蔓延开来。
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贴片电容常见的质量问题 首先是贴片电容本体问题-断裂或微裂，这是最常见的问题之一。断裂现象较明显，而微裂一般出在内部，不容易观察到，涉及到贴片电容的材质、加工工艺和贴片电容使用过程中的机械、热应力等作用因素影响。 其次是贴片电容电性能问题。贴片电容使用一段时间后出现绝缘电阻下降、漏电。 以上两个问题往往同时产生，互为因果关系。电容器的绝缘电阻是一项重要的参数，衡量着工作中贴片电容漏电流大小。漏电流大，贴片电容储存不了电量，贴片电容两端电压下降。往往由于漏电流大导致了贴片电容失效，引发了对贴片电容可靠性问题的争论。 可靠性问题：贴片电容失效分为三个阶段。 第一阶段是贴片电容生产、使用过程的失效，这一阶段贴片电容失效与制造和加工工艺有关。贴片电容制造过程中，第一道工序贴片电容粉料、有机黏合剂和溶剂混合配料时，有机黏合剂的选型和在瓷浆中的比例决定了瓷浆干燥后瓷膜的收缩率；第三道工序丝印时内电极金属层也较关键，否则易产生强的收缩应力，烧结是形成瓷体和产生贴片电容电性能的决定性工序，烧结不良可以直接影响到电性能，且内电极金属层与贴片电容介质烧结时收缩不一致导致瓷体内部产生了微裂纹，这些微裂纹对一般电性能不会产生影响，但影响产品的可靠性。主要的失效模式表现为贴片电容绝缘电阻下降，漏电。
防范、杜绝微裂纹的产生：从原材料选配、瓷浆制备、丝网印刷和高温烧结四方面优选工艺参数，以达到贴片电容内部结构合理，电性能稳定，可靠性好。 第二阶段是贴片电容稳定地被用于电子线路中，该阶段贴片电容失效概率正逐步减小，并趋于稳定。分析贴片电容使用过程中贴片电容受到的机械和热应力，即分析加工过程中外力对贴片电容可能的冲击作用，并依据贴片电容在加工过程中受到的应力作用，设计各种应力实验条件，衡量作用在贴片电容上的外应力大小及其后果。也可具体做一些贴片电容可靠性实验以明确贴片电容前阶段是否存在可靠性隐患。 贴片电容在该过程中受到热和机械应力的作用，严重时出现瓷体断裂现象。若贴片电容受到的热和机械应力接近临界时，则不出现明显的断裂现象，而是表现为内部裂纹的出现或内部微裂纹的产生。用烙铁补焊时，明显裂纹则表现为断裂，微裂纹大多数表现为电性能恢复正常，漏电现象消失，但时间一长，贴片电容可靠性差的缺陷就体现出来。 第三阶段是贴片电容长时间工作后出现失效现象，这一阶段贴片电容失效往往由于老化、磨损和疲劳等原因使元件性能恶化所致。电子整机到消费者手中出现整机功能障碍，追溯原因，发现贴片电容漏电流大，失效。一般此类问题源自于第一阶段或第二阶段贴片电容可靠性隐患的最终暴露，该阶段出现的质量比前两个阶段严重得多。由于整
贴片电容注意事项 当高压贴片电容MLCC受到温度冲击时，容易从焊端开始产生裂纹。在这点上，小尺寸电容比大尺寸电容相对来说会好一点，其原理就是大尺寸的电容导热没这么快到达整个电容，于是电容本体的不同点的温差大，所以膨胀大小不同，从而产生应力。这个道理和倒入开水时厚的玻璃杯比薄玻璃杯更容易破裂一样。另外，在贴片电容MLCC焊接过后的冷却过程中，贴片电容MLCC和PCB的膨胀系数不同，于是产生应力，导致裂纹。要避免这个问题，回流焊时需要有良好的焊接温度曲线。如果不用回流焊而用波峰焊，那么这种失效会大大增加。MLCC更是要避免用烙铁手工焊接的工艺。然而事情总是没有那么理想。烙铁手工焊接有时也不可避免。比如说，对于PCB外发加工的电子厂家，有的产品量特少，贴片外协厂家不愿意接这种单时，只能手工焊接；样品生产时，一般也是手工焊接；特殊情况返工或补焊时，必须手工焊接；修理工修理电容时，也是手工焊接。无法避免地要手工焊接MLCC时，就要非常重视焊接工艺。 首先必须告知工艺和生产人员高压贴片电容热失效问题，让其思想上高度重视这个问题。其次，必须由专门的熟练工人焊接。还要在焊接工艺上严格要求，比如必须用恒温烙铁，烙铁不超过315°C（要防止生产工人图快而提高焊接温度），焊接时间不超过3秒选择合适的焊焊剂和锡膏，要先清洁焊盘，不可以使MLCC受到大的外力，注意焊接质量等等。的手工焊接是先让焊盘上锡，然后烙铁在焊盘上使锡融化，此时再把电容放上去，烙铁在整个过程中只接触焊盘不接触电容（可移动靠近），之后用类似方法（给焊盘上的镀锡垫层加热而不是直接给电容加热）焊另一头。 机械应力也容易引起MLCC产生裂纹。由于电容是长方形的（和PCB平行的面），而且短的边是焊端，所以自然是长的那边受到力时容易出问题。于是，排板时要考虑受力方向。比如分板时的变形方向于电容的方向的关系。在生产过程中，凡是PCB可能产生较大形变的地方都尽量不要放电容。比如PCB定位铆接、单板测试时测试点机械接 PCB板不能直接叠放等等。
400V47电解电容失效分析报告 客户供应商问题发生处 市场反馈品 产品名/型号 400V47uF 部品名铝电解电容器收到反馈 品 时 间 Discipline1 组织成员 ***（技术部长）*** ( 品保部长) *** （工艺工程师） *** （材料工程师）***（制造部长）***（品质主管） 日期/时间：2009年12月29日 Discipline2 问题描述 收到***司400V47uF市场反馈品（14只，见下图1）。 图1 Discipline3 原因分析 一.外观质量： 1.不良品生产年代分类情况： 序号 套管线号 生产时间 数量 NO1 U-5 2006年 1 NO2 V-3 2007年 10 NO3 W-H 2008年 3 从以上不良品套管表面标识可知，反馈产品为本司2006年-2008年生产产品， 与前几次市场反馈品为同时期生产产品。
43.7nF 95.7 837 33.37nF 261.6 1540 测试结论：容量小、损耗及漏电流大。 有引线产品X线图片 断引线产品图片
透视检查结论： 以上X线透视检查结果表明：反馈品除芯包鼓凸外，其他内部结构无异常。 四、解剖电容器内部结构： 解剖电容器内部结构：橡皮塞老化变形、表面局部有电解液残余（图3），芯包发热干 枯、电解液挥发，但铝壳内壁无击穿打火痕迹（图4）。进一步展开检查芯包内部结构，电 解纸发热局部部位呈焦黄色、阳极箔片脆干，但电解纸及箔片表面无击穿点，而且引线与 箔片铆接质量良好（图5）。 图3 图4 图5 五、原因分析： 以上测试、解析结果表明：此次反馈不良品大部分为同时期生产产品，而且不良现象基本相同，均为典型的长时间使用后的发热失效品。根据电容器发热失效机理，以及我们对该产品的材料工艺配套和制程的进一步追溯分析、组织相关部门的多方讨论意见等，我们分析认为造成该产品多次市场失效的可能原因是： 1.该产品生产时间偏长。虽然 08年才开始陆续使用，存在一定的装机、储存、发运或后续
《铝电解电容器的失效情况及预防措施》 发表时间：2019-07-08T10:03:58.527Z 来源：《电力设备》2019年第5期作者：张楠 [导读] 摘要：铝电解电容器是一种性能优越但可靠性存在不足的重要电容器，相关领域的工作人员应发挥其长而力避其短，在全面而细致地了解其常见失效模式及机理的基础上明确预防措施。 （南通海立电子有限公司226361） 摘要：铝电解电容器是一种性能优越但可靠性存在不足的重要电容器，相关领域的工作人员应发挥其长而力避其短，在全面而细致地了解其常见失效模式及机理的基础上明确预防措施。本文对此进行了系统性和概要性总结，冀对相关领域工作者有所助益。 关键词：铝电解电容器；失效模式；失效机理；预防措施 作为应用最广泛的分立元件之一，铝电解电容器在电源滤波、信号耦合及去耦、杂波旁路，以及谐振选频等电力电子线路中发挥着重要作用。与其种类别的电容器相比，铝电解电容器虽有着鲜明优势，但其寿命相对较短，可靠性方面存在一定不足，因而了解其常见的失效模式及机理进而明确预防措施是有着重要意义的。本文拟对此作一系统性和概要性总结，冀对相关领域工作者有所助益。 一、铝电解电容器的失效情况概述 1、铝电解电容器失效的判断与表现 在实际工程应用中，铝电解电容器失效至完全不能再用通常被称为寿命终结，其使用寿命被定义为“电容器在规定条件下规定性能的工作时间”。规定条件主要指的上限工作温度和额定电压（额定直流电压或直流电压叠加纹波电压之和）。规定性能主要指电容量相对变化率|AC/C|、损耗因子（主要表现为损耗角正切值tgδ的变化）与漏电流（主要表现为等效串联电阻EST的变化）等参数在技术规范规定内的性能指标。通常情况下，液态铝电解电容器失效的具体判断标准如下表所示： 当然，从外观异常表现上亦可直接判断铝电解电容器是否失效，最典型的如铝壳或防爆口开裂、电解液泄露等。需要指出的是，以上讨论主要针对最为重要和典型的液态铝电解电容器。随着相关技术的飞速发展，各种型号的新型电容器层出不穷，其规定条件和规定性能值自然不尽相同，但基本原理和判断依据并无二致，在实际工程应用中，工程人员应在切实明了其基本原理及判断依据的基础上明确各项技术参数，进而对其是开始失效和已经完全失效加以合理判断，下面我们来讨论更具体的铝电解电容器常见失效模式及机理。 2、铝电解电容器失效模式及机理 铝电解电容器的失效模式及机理向来是备受重视和受到深入研究的范畴。通常来说，铝电解电容器的失效模式主要有防爆阀开裂、开路、漏电流增大、漏液、短路等几种，各模式下的失效机理亦各不相同，下面逐一论列。 （1）防爆阀开裂失效模式 该失效模式的失效部位一般是在电容防爆阀处，失效机理大体可分为两类。一类是环境温度过高、纹波电流过大或快速充放电等原因导致芯子内部温度过高，以至电解液气化，过大的压力使防爆阀剧烈动作最终开裂，通常表现为耗散性失效。另一类是过压、反压等原因导致内部发生电化学反应而产生氢气，以至压力过大而导致防爆阀动作最终开裂，通常表现为突发性失效。 （2）开路失效模式 开路失效是最常见的失效情况之一，其失效机理主要有以为四种：第一种是铝箔与引线（导电条）接触不良导致电路开路，原因一般为来料品质不合格，类型上表现为早期失效。第二种是正极导电铝条与卤素发生电化学反应，金属铝条被腐蚀成氧化物，失去导电性，导致电路开路，原因一般为来料品质不合格或者是电容器受到卤素污染，可能表现为早期失效，也可能表现为突发性失效。第三种是铝箔与引线的铆接因受外部压力而损伤乃至断裂，原因一般为单板加工时不规范，通常表现为早期失效。第四种是过高的瞬间电压将铆接部位或导电条击穿，表现为突发性失效。 （3）漏电流增大失效模式 该模式的失效机理大体有三种：第一种是负极箔的耐电压性不足，反向电压使负极箔发生电化学反应，从而释放能量并产生气体，同时这也在一定程度上损害了正极箔的绝缘性能，导致加电时漏电流增大，引起突发性失效。第二种是环境温度过高或是纹波电流过大导致绝缘介质性能下降，加电时电容器的自愈过程致使漏电流增大，类型上表现为耗散失效。第三种是因制造工艺方面不合格导致电容器自身存在质量缺陷，如铝箔上有裂痕或毛刺。电解质存在空洞等，表现为早期失效。 （3）漏液失效模式 漏液失效模式失效机理为：封口处或线端根部密封不严导致电解液外溢，最可能的原因是密封材料品质不佳，稳定性差，使一段时间后出现问题，此外也可能是制作上的密封环节出现问题，失效类型为耗散失效。 （4）短路失效模式 该模式的失效机理主要有三种：第一种是电解质的芯包受到电压破坏（主要表现为铝箔、电解纸被击穿、开裂、烧毁），导致正负箔接触而发生短路，造成突发性失效。第二种是单板加工时外部压力导致铝箔与引线铆接部位损伤，产生毛刺致使正负箔接触而发生短路，一般表现为早期失效。第三种是电容器内部存在短路缺陷点致使加不上电压而发生短路，原因最可能是来料质量不合格，表现为早期失效。 以上的概要性总结有助于相关工作者系统而全面地审视铝电解电容器的失效情况，同时也为采取预防措施提供了依据和指引。以下从存储、安装、使用三个方面探讨铝电解电容器失效预防措施。 三、铝电解电容器失效预防措施 1、存储方面 通常情况下铝电解电容器的存储环境最为重视温度和湿度两个因素，温度一般在5—30摄氏度之间，湿度在75%以下。具体来说应注意以下几点：不可与水或油污接触或处于结露状态；不可受到日光、紫外线及放射线的直射；不可存储于有害气体环境中，如氯气、臭氧、硫化氢等；不可与亚硝酸、亚硝酸、氨水等化学试剂置于同一空间；避免强度较大的震荡或冲击。在此需要强调的一点是，在较长时间的
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
电解电容寿命分析 像其它电子器件应用一样 , 电解电容同样遵循一种被称为“Bathtub Curve”的失效率曲线。 其表征的是一种普遍的器件（设备）失效率趋势。但在实际应用中，电解电容的设计可靠性一般以其实际应用中的期望寿命（ Expected Life ）作为参考。这种期望寿命表达的是一种磨损失效（ wear-our failure ）。如下图所示，在利用威布尔概率纸（ Weibull Probability Paper ）对电解电容的失效率进行分析时可看到在某一使用期后其累进失效率曲线 (Accumulated Fallure Rate) 斜率要远大于 1 ，这说明了电解电容的失效模式其实为磨损失效所致。 影响电解电容寿命的因素可分为两大部分： 1) 电容本身之特性。其中包括制造材料（极片、电解液、封口等）选择及配方，制造工艺及技术（封口方式、散热技术等）。 2) 电容设计应用环境（环境温度、散热方式、电压电流参数等）。 电容器件一旦选定，寿命计算其实可归结为自身损耗及热阻参数的求取过程。 1 、寿命评估方式 电解电容生命终结一般定义为电容量 C 、漏电流（ I L）、损耗角（ tan δ）这三个关键参数之一的衰退超出一定范围的时刻。在众多的寿命影响因素中，温升是最关键的一个。而温升又是使用损耗的表现，故额定寿命测试往往被定为“在最大工作温度条件下（常见的有 85degC 及 105degC ），对电容施以一定的 DC 及 AC 纹波后，电容关键参数电容量 C 、漏电流（ IL ）、损耗角（ tan ）的衰竭曲线”。如下图所示： 2 、环境温度与寿命的关系 一般地（并非绝对），当电容在最大允许工作环境温度以下工作时（一般最低到 + 40degC 的温度范围），电解电容的期望寿命可以根据阿列纽斯理论（ Arrhenius theory ）进行计算。该理论认为电容之寿命会随温度每十摄氏度的上升而减半（每上升十摄氏度将在原基础上衰减一半）。从而可以得到如下寿命曲线以及用于计算寿命的环境温度函数 f(T )： 环境温度函数 f(T ) ： 在一些纹波电流很小以致其在 ESR 上损耗引起的温升远远小于环境温度的作用时（例如与几乎无纹波的 DC 电源并联使用），即可认为电容器里面的热点温度与环境温度相等。一般可以按下式进行寿命计算： L OP=LoXf(t)
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。 对比失效样品，OK样品电容内部结构成分一致，内电极为Ni电极，电极层连续性较差，且存在较多细小孔洞。但并未发现贯穿相邻电极的孔洞和机械应力裂纹的存在，电容表面破损程度亦较低，故不存在漏电现象。
电容器的基础知识的讲义 ——孔 星 1.电容器的基本概念 a.电容：使导体每升高单位电位所需要的电量。 C=q/U（库仑/伏特） b.单位（法拉 F） 1F=1库仑/1伏特=106μF=1012pF 1μF=103nF c.电容器：由多个导电体组成的能够存储电荷的容器。 C AB=Q A/（U A- U B） d.电容器的联接： 串联：1/Cs=1/C1+1/C2 并联：Cp=C1+C2 2.电容器的基本参数 2.1电容量 平板电容: C=εs/dε=ε0εr S=L*W 2.2损耗角正切D D=tgδ=P有/P 即通过电容器的总功率与在电容 器内的热功耗D=D（f×t）； P=P无+P有P有=VI P无=t gδ=tgδS+tgδP tgδS=ωCRS tgδp=1/ωCR P R S：串联电阻 R P：并联电阻 2.3耐压Vt-t：穿介电场强度与电应力有关，V=V（f×t） e g：弹性势能E=1/2kX2 弹性力：f=-?E/?x=-1/2×k×2x =-kx
2.4绝缘电阻RI（漏电流）：介质内部的本征漏电流及吸收电流； 本征漏电流：杂质决定 吸收电流：介质极化引起（例如偶极子⊕----Θ）运动 2.5过流能力（dv/dt） Ip=C dv/dt ； I=Ir+Ip Ir=2πfcu Ip=c*dv/dt 2.6耐温T ： 电容器的最高/最低使用温度（-40/105）； 2.7热稳定性（Δt-t）：电容器正常发热时温升达到稳定所需要的时间，（2h，48h ）； 热稳定时间越短(同体积)，说明热稳定性越好。 2.8自愈性（SH）：介质击穿后自我恢复能力（ΔC/C≤0.5%，自愈次数＜2次）； a.ΔC/C≤0.5% u≤3.5un 自愈声 0.8un <2次 介质自愈性：碳沉积量：ppa 1 pp 45 PET 55 b. 电板自愈性：焦耳热(cm2) AL:1.6*10-2J
由于贴片电容的材质是高密度、硬质、易碎和研磨的MLCC，所以在使用过程中，需要十分谨慎。经有关工程师分析，以下几种情况容易造成贴片电容的断裂及失效： 1、贴片电容在贴装过程中,若贴片机吸嘴头压力过大发生弯曲,容易产生变形导致裂纹产生; 2、如该颗料的位置在边缘部份或靠近边源部份,在分板时会受到分板的牵引力而导致电容产生裂纹最终而失效.建议在设计时尽可能将贴片电容与分割线平行排放.当我们处理线路板时,建议采用简单的分割器械处理,如我们在生产过程中,因生产条件的限制或习惯用手工分板时,建议其分割槽的深度控制在线路板本身厚度的1/3~1/2之间,当超过1/2时,强烈建议采用分割器械处理,否则,手工分板将会大大增加线路板的挠曲,从而会对相关器件产生较大的应力,损害其可靠性. 3、焊盘布局上与金属框架焊接端部焊接过量的焊锡在焊接时受到热膨胀作用力,使其产生推力将电容举起,容易产生裂纹. 4、在焊接过程中的热冲击以及焊接完后的基板变形容易导致裂纹产生:电容在进行波峰焊过程中,预热温度,时间不足或者焊接温度过高容易导致裂纹产生, 5、在手工补焊过程中.烙铁头直接与电容器陶瓷体直接接触,容量导致裂纹产生。焊接完成后的基板变型(如分板,安装等)也容易导致裂纹产生。 多层陶瓷电容(MLCC)应用注意事项 一、储存 为了保持MLCC的性能,防止对MLCC的不良影响储存时注意以下事项： 1.室内温度5~40℃，温度20%~70%RH； 2.无损害气体：含硫酸、氨、氢硫化合物或氢氯化合物的气体； 3.如果MLCC不使用，请不要拆开包装。如果包装已经打开，请尽可能地重新封上。缩带装产品请避 免太阳光直射，因为太阳光直射会使MLCC老化并造成其性能的下降。 请尽量在6个月内使用，使用之前请注意检查其可焊性。 二、物工操作 MLCC是高密度、硬质、易碎和研磨的材质，使用过程中，它易被机械损伤，比如开裂和碎裂（内部开裂需要超声设备检测）。MLCC在手持过程中，请注意避免污染和损伤。手工操作时，建议使用真空挑拣或使用塑料镊子挑拣。 三、预热 焊接过程中，为了减小对器件的热冲击，精确控制的预热是很有必要的，温度的上升率请不要超过4℃/秒，设预热好的温度与焊接最高温度的温度差为△T，则对于0603、0805、1206等尺寸的MLCC，最好△T≤100℃，对于1210、1808、1812、2220、2225等大尺寸的MLCC，最好△T≤50℃。 四、焊接 手焊时，请使用功率不超过30W且温度可调控的烙铁，烙铁头尖的直径不要超过1.2毫米。焊接过程中，请不要用烙铁头直接接触陶瓷体，烙铁的温度不要超过260℃。 对于大尺寸的MLCC，比如1210、1808、1812、2220、2225等，不推荐使用波峰焊和手焊。 五、冷却 焊接后，慢慢冷却MLCC和基板至室温，推荐使用空气自然冷却，以减小焊接处的应力。当进行强制冷却时，温度下降率请不要超过4℃/秒。
电容的失效模式和失效机理 电容器的常见失效模式有： ――击穿短路；致命失效 ――开路；致命失效 ――电参数变化（包括电容量超差、损耗角正切值增大、绝缘性能下降或漏电流上升等；部分功能失效 ――漏液；部分功能失效 ――引线腐蚀或断裂；致命失效 ――绝缘子破裂；致命失效 ――绝缘子表面飞弧；部分功能失效 引起电容器失效的原因是多种多样的。各类电容器的材料、结构、制造工艺、性能和使用环境各不相同，失效机理也各不一样。 各种常见失效模式的主要产生机理归纳如下。 3.1失效模式的失效机理 3.1.1 引起电容器击穿的主要失效机理 ①电介质材料有疵点或缺陷，或含有导电杂质或导电粒子； ②电介质的电老化与热老化； ③电介质内部的电化学反应； ④银离子迁移； ⑤电介质在电容器制造过程中受到机械损伤； ⑥电介质分子结构改变； ⑦在高湿度或低气压环境中极间飞弧；
⑧在机械应力作用下电介质瞬时短路。 3.1.2 引起电容器开路的主要失效机理 ①引线部位发生“自愈“，使电极与引出线绝缘； ②引出线与电极接触表面氧化，造成低电平开路； ③引出线与电极接触不良； ④电解电容器阳极引出箔腐蚀断裂； ⑤液体电解质干涸或冻结； ⑥机械应力作用下电介质瞬时开路。 3.1.3 引起电容器电参数恶化的主要失效机理 ①受潮或表面污染； ②银离子迁移； ③自愈效应； ④电介质电老化与热老化； ⑤工作电解液挥发和变稠； ⑥电极腐蚀； ⑦湿式电解电容器中电介质腐蚀； ⑧杂质与有害离子的作用； ⑨引出线和电极的接触电阻增大。 3.1.4 引起电容器漏液的主要原因 ①电场作用下浸渍料分解放气使壳内气压上升； ②电容器金属外壳与密封盖焊接不佳； ③绝缘子与外壳或引线焊接不佳；
贴片电容击穿和漏电性质是相同的，漏电严重时就等同于击穿。轴向电容所以两种故障对电容电路的影响也是相似的。下面一起来学习一下： 贴片电容击穿后对直流形成开路，造成直流电路工作不正常。换句话说，当电容击穿时通过测量电路中有关测试点的直流电压大小，可以发现电容是否击穿或漏电。电容击穿后只对该电容局部电路产生影响。 因为在其他电路中仍有电容仍对直流有隔绝作用。根据这一原理可以缩短检修范围。 贴片电容短路与漏电发生在不同电路影响也不同，比如耦合电路短路后直流电流将直接流往下一级，这种不该有的电流就是噪声，而滤波电容击穿时则可能会熔断保险丝。 【立创商城】电容器的工作原理和结构 这得从电容器的结构上说起。最简单的电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质(包括空气)构成的。通电后，极板带电，形成电压(电势差)，但是由于中间的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压(击穿电压)的前提条件下的。我们知道，任何物质都是相 对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外，电容器被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，轴向电容这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。但是，轴向电容在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形式在电容器间通过的。 将两平行导电极板隔以绝缘物质而具有储存电荷能力的器材，称为电容器(capacitor或condenser)。导电极板称为电容器之电极(electrode)，绝缘物质称为电介质(dielectric)或简称介质。 电容量(capacitance)是用来表示电容器能储蓄电荷的能力(或容量)。各种电容器，因导体的大小体形状体材质及板间距离与介质种类等因素的不同而有不一样的电容量，但所能储存的电荷量Q与其电位V系成正比，即Q=CV 式中的比例常数C即为电容器之电容量，简称电容。C=Q/V 电容的单位为「库能/伏特」，为了纪念科学家法拉第(Michael Faraday l791～1867，英)对电学
元器件的失效模式总结 Beverly Chen 2016-2-4 一、失效分析的意义 失效分析（Failure Analysis）的意义在于通过对已失效器件进行事后检查，确定失效模式，找出失效机理，确定失效的原因或相互关系，在产品设计或生产工艺等方面进行纠正以消除失效的再次发生。 一般的失效原因如下： 二、失效分析的步骤 失效分析的步骤要遵循先无损，后有损的方法来一步步验证。比如先进行外观检查，再进行相关仪器的内部探查，然后再进行电气测试，最后才可以进行破坏性拆解分析。这样可以避免破坏性的拆解破坏证据。拿到失效样品，首先从外观检查开始。 1. 外观检查：收到失效样品后，首先拍照，记录器件表面Marking信息，观察器件颜色外观等有何异常。 2.根据器件类型开始分析：
2.1贴片电阻，电流采样电阻 A: 外观检查，顶面覆盖保护层有针状圆形鼓起或黑色击穿孔->内部电阻层烧坏可能->万用表测量阻值：测得开路或者阻抗偏大->内部电阻层烧毁可能->可能原因：过电压或过电流烧毁—>检查改电阻的稳态功率/电压或者瞬时功率/电压是否已超出spec要求。 Coating 鼓起并开裂黑色击穿点 ●可失效样品寄给供应商做开盖分析，查看供应商失效报告：如发现烧毁位置位于激光切 割线下端，可确定是过电压导致失效。需要考虑调整应用电路，降低电压应力，或者换成能承受更大应力的电阻。 激光切割线 去除coating保护层后，可以看到烧毁位置位于激光切割线旁边，该位置电应力最集中。 B: 外观检查，顶面底面均无异常->万用表测量阻值：测得开路或者阻抗偏大->内部电阻层烧毁或者电极因硫化断开或阻抗增大->检查改电阻的稳态功率或者瞬时功率是否已超出spec要求，如有可能是过电压或过功率烧毁；应力分析在范围内，考虑硫化->失效样品寄给供应商分析。查看供应商失效报告： ●如发现烧毁位置位于激光切割线下端，可确定是过电压导致失效。需要考虑降低应用电 路中的电压应力，或者换成能承受更大应力的电阻。 ●如果测试发现保护层附近电极硫元素含量高且电极沿保护层边缘发生断裂情况，可确认 是应用中硫化物污染导致银电极被硫化生成AgS而断开需确认应用环境是否硫含量比较高。如果有必要，更换为抗硫化电阻。
液态铝电解电容器的失效机理及可靠性研究 摘要：简述了液态铝电解电容器的结构与制造工艺流程，归总了其失效模式。 从制程和应用两个方面﹐探讨了液态铝电解电容器的失效机理及导致原因。使用 环境温度及纹波电流是影响液态铝电解电容器寿命的主要因素，文中阐述了温度 及纹波电流影响寿命的机制。应用Arrhenius方程的形式描述了液态铝电解电容 器的寿命估算方法。 关键词：液态铝电解电容器；失效模式分析；寿命 铝电解电容器是被广泛应用的分立元件之一，目前全球每年产量近1000亿只，并以15%年增长率持续发展，在电源滤波，信号耦合/去耦，杂波旁路及谐振选频等电子线路中发挥着重要功效。相对其他种类的电容器而言，铝电解电容器的寿 命较短，可靠度较低，因而探讨其失效机理以指导其可靠性的改进是必要的。本 文中，作者从制造和应用两个方面阐述了导致铝电解电容器诸类失效的机理与原因。如果能够准确地计算出电子元件在整机中的使用寿命，则对整机的可靠性设 计是极为有利的；本文也述明了环境温度及纹波电流对铝电解电容器的影响机制，并给出了估算寿命的Arrhenius方程。 1.液态铝电解电容器的结构与制造工序简介 铝电解电容器的构成材料有：阳极铝箔、阴极铝箔、电解纸、电解液、导针、铝壳、胶盖及胶管；其结构如图1及图2所示。 适当宽度的铝箔和电解纸，以阳极铝箔、电解纸、阴极铝箔、电解纸的顺序由里及外依 次层叠，卷绕而成圆柱状，称之为铝电解电容器的芯子。可以形象地将芯子比作铝电解电容 器的心脏，一旦其经由含浸工序注入血液——电解液，就可以表征出电解电容器的基本功能。经由将含浸过的芯子密封于铝壳和胶盖的腔体中的组装工序得到的半成品称为裸品，其目的 在于防止电解液的挥发，潮解及污染，以保证铝电解电容器长期发挥其效用。裸品经由老化 工序以达到稳定产品特性之目的。 2.液态铝电解电容器的失效机理探讨 2.1液态铝电解电容器的失效模式[ 液态铝电解电容器主要有以下几种失效模式﹕短路、断路、电容量衰减、损耗因子增大、漏电流增大、电解液泄漏、铝壳防爆纹开裂。对电容器的应用者而言﹐断路和短路属于“灾难 性的失效”，或曰“致命的失效”，由于其完全丧失了电容器的功能。正常来说，应用者遭遇短 路和断路失效现象的机会较为稀少，这是由于铝电解电容器制造流程中的老化环节可以筛除 这类“致命不良”。其他几类失效模式属于“劣化失效”，或曰“耗尽失效”，是由铝电解电容器 的组成材料的物理特性决定的，随着其使用或存放时间的增长而必然要表现出来的，与此不 同的是，“灾难性的失效”从理论而言是可以避免的，其出现并非必然的、也无明确的规律性。 2.2液态铝电解电容器的失效机理 导致铝电解电容器诸种失效模式的原因主要集中于制造和应用两个方面，表1汇总了液 态铝电解电容器的典型失效机理及导致原因。 3.液态铝电解电容器的寿命与可靠性 如同其他任何在使用过程中无专门维护的电子元器件一样，铝电解电容器的失效率（l） 随时间的变化趋势亦为典型的“浴盆”曲线（如图4所示）。 诸如环境温度，湿度，机械振动，纹波电流（RC）等因素都会对液态铝电解电容器的寿 命产生影响，但其中以环境温度，纹波电流及直流电压的影响最为显著。 3.1环境温度因素 固态电容在等效串联阻抗表现上相比液态电容有更优异的表现。据测试显示，固态电容
贴片电容裂纹失效原因分析 陶瓷贴片电容MLCC中的机械裂纹引起的主因是什么？ 引起机械裂纹的主要原因有两种。第一种是挤压裂纹，它产生在元件拾放在PCB板上的操作过程。第二种是由于PCB板弯曲或扭曲引起的变形裂纹。挤压裂纹主要是由不正确的拾放机器参数设置引起的，而弯曲裂纹主要由元件焊接上PCB板后板的过度弯曲引起的。
如何区分挤压裂纹与弯曲裂纹？ 挤压裂纹会在元件的表面显露出来，通常是颜色变化了的圆形或半月形裂纹，居于或邻近电容器的中心（见图1）。当接下来的加工过程产生的额外应力应用到元件上时，这些小裂纺会变成大裂纹，包括PCB变曲引起的应力。 弯曲裂纹的标志是表现为一个“Y”形的裂纹或是45o角斜裂纹，在DPA切面下可观测到（见图2）。这类裂纹有可能在MLCC的外表面观测到，亦可能在外表面观测不到。弯曲裂纹主要位于靠近PCB焊点处。贴片机参数不正确设定是如何引起裂纹的？ 贴片机的拾放头使用一个真空吸管或是中心钳去给元件定位。X、Y 尤其是Z方向的参数调整对避免碰撞元件而言至关重要。很易理解，过大的Z轴下降压力会打碎陶瓷元件。但如果贴片机拾放头施加足够大的力在某一位置而不是瓷体的中心区域时，施加在电容器上的应力
可能足够大地损坏元件（见图3）。 同样地，贴片拾放头的尺寸不恰当选取会容易引起裂纹。小直径的贴片拾放头在贴片时会集中了放置力，这会引起MLCC裂纹是因为较小的面积承受了较大的压力（见图4）。
另外，PCB上散落的碎片同样会引起裂纹。在放置电容器时，PCB不平的表面引起对电容器的向下压力不均匀分配，这样，电容器会破碎（见图5）。 PCB弯曲是如何引起裂纺的？ 当陶瓷贴片电容MLCC被贴装在PCB板上时，它成了电路板的一部分。而FR-4材料是最常用作PCB板，它的刚度不大，易产生弯曲。贴片电容陶瓷基体是不会随板弯曲而弯曲的，因而会受到的拉张应力（见图6）。
贴片电容材质有X7R、NPO、Y5V、Z5U四种，外表通常有黄色、黑色、淡蓝色。 目前，应用最广的就是贴片式涤纶电容器。这种电容器的耐压通常为50V,允许工作温度范围是-40度~+85度。 在实际应用电路中，通常需要将电阻器与电容器串联使用，因此为方便起见，通常将电阻器与电容器封装在一起，制作成一个RC组件。焊接贴片电容时需准备，电烙铁、烙铁架、湿水海绵、镊子、松香、焊锡、脱脂棉、95%酒精、贴片电容、电阻、电路板、220V电源。 随着科技的发展焊接能力的技术提高随着技术的不断发展，贴片电容MLCC现在已可以做到几百层甚至上千层了，每层是微米级的厚度。所以稍微有点形变就容易使其产生裂纹。另外同样材质、尺寸和耐压下的贴片电容MLCC，容量越高，层数就越多，每层也越薄，于是越容易断裂。另外一个方面是，相同材质、容量和耐压时，尺寸小的电容要求每层介质更薄，导致更容易断裂。裂纹的危害是漏电，严重时引起内部层间错位短路等安全问题。而且裂纹有一个很麻烦的问题是，有时比较隐蔽，在电子设备出厂检验时可能发现不了，到了客户端才正式暴露出来。所以防止贴片电容MLCC产生裂纹意义重大。 首先必须告知工艺和生产人员电容热失效问题，让其思想上高度重视这个问题。其次，必须由专门的熟练工人焊接。 还要在焊接工艺上严格要求，比如必须用恒温烙铁，烙铁不超过315°C（要防止生产工人图快而提高焊接温度），焊接时间不超过3秒选择合适的焊焊剂和锡膏，要先清洁焊盘，不可以使MLCC受到大的外力，注意焊接质量等等。最好的手工焊接是先让焊盘上锡，然后烙铁在焊盘上使锡融化，此时再把电容放上去，烙铁在整个过程中只接触焊盘不接触电容（可移动靠近），之后用类似方法（给焊盘上的镀锡垫层加热而不是直接给电容加热）焊另一头。
补偿电容器故障原因分 析 Revised by Petrel at 2021
补偿电容器故障原因分析 摘要：电容器被损坏的情况主要是电容器内部故障、熔丝动作和渗漏，其次是油箱鼓肚，绝缘不良。对造成电容器损坏进行了分析，不论从设计、安装、运行管理、产品质量等各个方面都存在一定问题，应引起重视。 关键词：补偿电容器；故障；分析 宜宾电业局从1997年开始在电网中投入补偿电容器，现在已有城中、竹海、叙南、吊黄楼、九都、方水、龙头等7个变电站共12组补偿电容器在网运行。几年来的运行情况其损坏是比较严重的，电容器损坏率在15%～20%，严重地影响电网的安全运行和造成较大的经济损失。电容器被损坏的情况主要是电容器内部故障、熔丝动作和渗漏，其次是油箱鼓肚，绝缘不良。究其原因，造成电容器损坏的原因大致有以下几个方面。 1?谐波的影响 宜宾电网的谐波问题是比较突出的，1990年电科院曾将宜宾电网列为全国的谐波监测点之一。一般认为三次谐波在变压器二次侧的三角形接线中流通，不会进入电容器组，因此，主要是抑制五次谐波及以上的谐波分量，由此而选用6%电容器组容抗量的串联电抗器。但实际运行中发现，变压器的三角形结线不能完全消除三次谐波，不能阻止三次谐波穿越变压器，主要是因为变压器电源侧三相谐波分量不平衡，其次是变压器二次侧除电容器外还带有谐波发生源的电力负荷，按前述所配置的6%串联电抗器对于三次谐波仍然呈容性，三次谐波进入电容器后将被放大，这对电容器组定有较大的影响。为此，为抑制三次谐波的一个办法，根据计算装设感抗为13%电容器容抗值的串联电抗器，加大串联电抗器的感抗，以阻止三次谐波进入电容器，但这将使电容器的端电压增高15%，这是正常运行所不允许的。由此必须更换更高耐受电压的电容器，这将增加较大投资。另一办法是装设三次谐波滤波器，它既可以减少谐波对电容器的影响又可以避免三次谐波侵入电网，同时使电网的电压质量得到改善。但是如果谐波来自变压器的电源侧电网，则三次谐波将穿越变压器，通过滤波器后使谐波放大，这对电网电压质量及对变压器运行带来不利影响。电容器允许的1.3(1.35)倍的额定电流下连续运行，如果电容器装有6%串联电抗器来限制了五次及以上的谐波分量，那电容器中只通过基波及三次谐波，电容器中电流的有效
钽电容器失效分析概述 1、前言 要对电容器进行严谨的失效分析，有必要全面了解电容器的结构。电容器因其使用的材料及其结构不同分为不同的类型：钽电容器、陶瓷电容器、铝电容器等（见表1）。每种电容器因其提供独有的特性而具有特殊的应用。如同三明治一样，简单的电容器是把一个绝缘体材料夹在两个导体之间，通过导体施加偏置电压。电容器容量（C）由如下等式给出，其中e,A和t分别表示介电常数，表面积以及厚度。 C = e A/t (等式1) 表1 不同类型的电容器 方式是增加等式1中的“A”表面积。不同类型电容器获得的方式是不同的。比如钽电容器，可通过使用多孔钽阳极来获得（高比表面积），通常阳极块是由钽粉连同钽丝一起压制并烧结后制成的。然后用电化学的方式在高比表面积多孔钽阳极块上生成无定形Ta2O5电介质。 一般Ta2O5电介质层只有几十个纳米厚。然后使用阴极材料浸渍多孔阳极块（MnO2 或是导电层），在小的容积中生成高容量（见图1）。一般固体钽电容器使用在100V以下，其中多数情况下是使用在50V以下。湿式钽电容器（阴极是液体）工作电压可以高一些，可以达到几百伏。 图1 (a)钽电容器结构示意图 (b)所示的是钽阳极块内部的钽/电介质/MnO2阴极 (c)所示的是阳极块内部的钽/电介质/导电聚合物阴极
对于陶瓷和薄膜电容器来说，其电介质层和电极材料是分别交互堆积的，这种交互堆积的电极可以避免极性相对的电极接触。图2所示的是陶瓷电容器的典型结构。几十到上百（陶瓷电容器中）甚至上千（薄膜电容器）电极层堆积起来，已获得需要的容量。 图2 陶瓷电容器的典型结构 因为不同类型电容器的材料和结构有明显的差异（见表1，图1和图2），所以引起电容器失效的原因也有所不同。因此，每一种条件都需有特定的失效分析方法。需要注意的是失效电容器的失效分析是一种全面的因果分析，包括对电路和应用条件的分析。本文所论述的是片式钽电容器的失效分析概述。 钽电容器的电失效模式可以分成三种类型：高漏电流/短路、高等效串联电阻以及开路/低容量，多数的失效集中在高漏电流/短路上。每一种失效模式都有其自身可能的原因，因此失效分析方法要由失效类型来确定，这在下面会讨论。在讨论破坏性分析之前，有必要在不进一步损坏破坏电容器的条件下尽可能多的获取有关钽电容器的物理和电性能的数据。接触到与电容器有关的背景信息和使用条件，例如电路板的贴装、贮存、使用参数、环境条件、无故障工作时间等等，要尽可能多的收集数据并进行分析，因为单一数据是不能确定出电容器失效的根本原因。图3所列的是片式钽电容器最常见的失效原因（分为使用过程和生产过程两部分），这将有助于对钽电容器进行失效分析。值得注意的是，由使用条件或是生产异常所引起的电容器失效是非常相似的。 图3 引起钽电容器失效的常见原因 （a）高漏电流/短路（b）高ESR 2、非破坏性分析 由于对失效定义的解释是变化的，因此失效分析人员了解电容器失效的类型就变得很重要。在所有的情况中，电容器的验货检验是可以和其产品规范相比较的。此外，无损检验技术的结果