No.012 陶瓷片式电容器的断裂和短路

1.现象描述及分析

（1） 现象描述

① 在阻容元件中，陶瓷片式电容器发生缺陷概率是最高的。陶瓷电容器由多层陶瓷和金属组成，并焙烧到它们的最终状态。陶瓷片式电容器的结构如图No.012-1所示。

② 渗透：渗透是表面的有害污斑。陶瓷片式电容器上发现的典型渗透如图No.012-2所示。

（2） 现象分析

① 陶瓷片式电容器内部的常见缺陷：陶瓷片式电容器内部各层之间的分层以及多孔性和裂纹，可用C型扫描声学显微镜 （C-SAM） 和扫描激光声学显微镜 （SLAM） 两种声学微成像方式来检查，这两种方式可用来筛选大量未安装的陶瓷片式电容器的内部缺陷。陶瓷片式电容器的典型结构缺陷如图No.012-3所示。

② 图No.012-4所示为无缺陷和有缺陷的陶瓷片式电容器的SLAM图像，该图显示出了缺陷和内部有大的分层的陶瓷片式电容器的100 MHz定格的SLAM图像。在 “无缺陷”的元件中，电容器的整个工作层明显发亮，相反，由于分层或裂纹形成的薄空气层 （小于0.1μm） 将阻碍超声波传播，并在透射扫描图像中显得比较暗。空洞将显示为暗点，多孔性对超声波的散射将引起信号损失 （衰减）。正因为如此，透射传输成像对快速评估陶瓷片式电容器、集成电路等的内部缺陷非常有用。

尽管用户从各个不同制造商买进的陶瓷片式电容器都通过了严格的电试验，但一些元件在表面安装过程中仍然会出现问题，而另一些元件在组件被用户使用之后也会意外失效。

2.形成原因及机理

（1） 形成原因

陶瓷片式电容器各层之间以及陶瓷片的多孔性和裂纹是引起电气故障的根源。

（2） 形成机理

① 陶瓷片式电容器的裂纹、空洞、分层及多孔性等形成原因：陶瓷片式电容器中的介质材料是一点也不能弯曲的，这种不可弯曲性加上为取得所需电容值而要求最小电容器极板间距，导致结构稍显脆弱，使得陶瓷电容器受机械应力作用可能引起机械断裂。机械应力的来源包括：陶瓷片式电容器与PCB材料之间的热膨胀系数不同，PCB的机械弯曲，装配产生的应力和机械冲击或振动。

陶瓷电容器中机械断裂的影响要经过一段时间方可显现出来。例如，如果由弯曲的PCB引起的应力使陶瓷电容器断裂，那么当弯曲应力取消时，陶瓷电容器就会回到正常位置。这样回到正常位置后不会引起显著损坏或者性能变坏，因为分裂的电容器极板实际上又重新接触上。然而，平行隔行交错插入的极板只要稍微有点错位，就会引起短路。

② 陶瓷片式电容器的渗透机理：这是一种人为现象，是从环氧树脂与样品表面之间的间隔中或从样品内的分层中渗漏出并被截留的润滑剂或刻蚀剂产生的结果。

3.解决措施

① 加强对陶瓷片式电容器的筛选：对每一批进货的陶瓷片式电容可抽取200件样品进行C-SAM和SLAM筛选，如果发现内部缺陷达到了不可接受的程度，便将信息反馈给该电容器制造商进行改进。

② 组装和使用中应尽力避免弯曲应力作用：在将陶瓷片式电容器在PCB上组装过程中，以及装有陶瓷片式电容器的PCBA产品在用户服役期间，均应尽力减小PCB的变形和弯曲。

③ 渗透的除去：烘干前，用低沸点流体如异丙醇浸透样品表面；或用柔性洗涤剂和水溶液洗涤样品，在异丙醇槽中浸泡约1 min，然后，放入真空烘箱中100℃烘5 min。