电容失效分析
干货实用电容失效分析
干货实用电容失效分析
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。
电容失效模式和机理
电容失效模式和机理 Final approval draft on November 22, 2020
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。
铝电解电容失效
铝电解电容器的失效模式主要有以下几种：
漏液：铝电解电容器的电解液泄露会导致设备性能下降甚至失效。这通常是由于密封不佳、橡胶老化、龟裂或者长时间工作等因素引起的。
爆炸：当铝电解电容器在工作电压中交流成分过大，或氧化膜介质有较多缺陷，或存在氯根、硫酸根之类有害的阴离子，以致漏电流较大时，电解作用产生的气体的速率较快，工作时间愈长，漏电流愈大，壳内气体愈多，温度愈高，就有可能发生爆炸。
击穿：工艺缺陷、机械应力的施加、引出线与铝箔铆接不实等原因都可能导致铝电解电容器的击穿。
烧毁：铝电解电容器的烧毁主要是由于过电压、纹波电流过大、施加反向电压、频繁充放电、施加交流电等因素引起的。
开路：引出线与铝箔接触不良、腐蚀、氯离子的侵入等原因可能导致铝电解电容器的开路。
短路：氧化膜劣化、金属微粒附着、引线毛刺等原因可能导致铝电解电容器的短路。
容量下降：阳极箔容量减少、阴极箔容量减少、电解液干涸等原因可能导致铝电解电容器的容量下降。
损耗上升：阳极箔容量减少、阴极箔容量减少、电解液干涸等原因可能导致铝电解电容器的损耗上升。
在应用中，需要避免在过电压、过电流、过热等极端条件下使用铝电解电容器，以避免其失效。同时，也需要注意选择质量可靠的产品，并在使用过程中进行适当的维护和保养，以延长其使用寿命。
电容失效分析
电容失效分析
电子元件的失效主要由于电应力（电压、电流、功率、频率、脉冲宽度等），
环境应力（高温、低温、潮湿、气压等）及电磁干扰等。而电容失效在原因很多很多时候并不是电容的质量不好而是有很多因素造成以下是一人之言请各位指正并探讨：
1 失效主要原因：
大电流冲击失效、高电压、热击穿、高温、高潮、噪声干扰。
2 电容质量控制要求：
(1) 注意降额使用，降额值应根据不同电容和工作状态选取，注意低电平失效
和交流工作状态下的失效。
(2) 对于高效或高稳定要求的电路中，选择电容要注意选漏电流小的电容。
（3）在潮湿环境下，不要使用云母电容器，易受潮。
（4）在高频条件下，应选取电容介质损耗小的电容器。
（5）在高温环境中，最好不用铝电解电容，而用聚丙涤烯纶或云母电容器。
电容失效分析
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；
MLCC失效分析全面案例课件
全面的M1CC失效分析案例课件
Q：M1CC电容是什么结构的呢？
A：多层陶瓷电容器是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极）制成的电容。
Terminations
M1CC电容特点：
机械强度：硬而脆，这是陶瓷材料的机械强度特点。
热脆性：M1eC内部应力很复杂，所以耐温度冲击的能力很有限。
Q：M1CC电容常见失效模式有哪些？
A：
焊接锡量不当
r组装缺陷《
［墓碑效应
多层陶瓷J （陶瓷介质内空洞
电容器缺陷］f内在因素«电极内部分层
I本体缺陷1浆料堆积
（机械应力
【外在因素《热应力
I电应力
Q：怎么区分不同原因的缺陷呢？有什么预防措施呢？
当温度发生变化时，过量的焊锡在贴片电容上产生很高的张力，会使电容内部断裂或者电容器脱帽，裂纹一般发生在焊锡少的一侧；焊锡量过少会造成焊接强度不足，电容从PCB板上脱离，造成开路故障。
2、墓碑效应
(d)Norma1
图3墓碑效应示意图
在回流焊过程中，贴片元件两端电极受到焊锡融化后的表面张力不平衡会产生转动力矩，将元件一端拉偏形成虚焊，转动力矩较大时元件一端会被拉起，形成墓碑效应。
原因：本身两端电极尺寸差异较大；锡镀层不均匀；PCB板焊盘大小不等、有污物或水分、氧化以及焊盘有埋孔；锡膏粘度过高，锡粉氧化。
措施：
①焊接之前对PCB板进行清洗烘干，去除表面污物及水分；
②进行焊前检查，确认左右焊盘尺寸相同；
③锡膏放置时间不能过长，焊接前需进行充分的搅拌。
本体缺陷一内在因素
1、陶瓷介质内空洞
图4陶瓷介质空洞图
y电容失效模式
y电容失效模式
Y电容失效模式有多种，主要包括以下几种：
1.电容值减小：Y电容在使用一定时间后，其电容值可能会逐渐减小。这可能是由于材料老化、温度变化、机械应力等原因引起的。当电容值减小到一定程度时，可能导致整个电路无法正常工作。
2.漏液：Y电容内部有液体介质，如果封装不良或者受到外界物理损伤，液体有可能泄漏出来。漏液会导致Y电容无法正常工作，并且对周围环境造成潜在危害。
3.短路：Y电容在使用过程中可能发生短路故障。这可能是由于材料破裂、金属层间短路等原因引起的。短路会导致电路过载，可能引发火灾等安全问题。
请注意，对于任何电子元件，包括Y电容，失效的原因是多种多样的，可能会受到各种因素的影响。以上所述的失效模式只是其中的一部分，实际应用中还需要考虑其他因素，如环境条件、使用时间、电压等。
陶瓷电容失效模式和失效机理_概述说明以及解释
陶瓷电容失效模式和失效机理概述说明以及解释
1. 引言
1.1 概述
陶瓷电容是一种常见且广泛应用于电子设备中的元件。它具有体积小、重量轻、稳定性高、温度特性好等优点，因此在各个领域都有着广泛的应用。然而，陶瓷电容在使用中也会出现失效现象，导致其功能无法正常发挥或完全失去功能。了解陶瓷电容的失效模式和失效机理对于设计和维护电子设备至关重要。
1.2 文章结构
本文将首先对陶瓷电容进行概念和应用领域的介绍，接着对其失效模式进行分类和定义，并简要介绍相关的失效机理。随后，我们将分别详细探讨两种常见失效模式及其相关要点，并提供实际示例加以说明。最后，本文将总结研究成果并展望未来的研究方向。
1.3 目的
本文旨在提供一个系统且全面的概述，以帮助读者更好地了解陶瓷电容的失效模式和失效机理。通过清晰地描述每种失效模式及其相关要点，并给出实例以加深理解，读者将能够发现并解决陶瓷电容在实际应用中可能出现的问题，并提供改进和优化的方向。此外，本文也为未来相关研究提供了参考和展望。
以上是“1. 引言”部分的内容，希望对你的长文撰写有所帮助。
2. 陶瓷电容失效模式和失效机理概述
2.1 陶瓷电容概念和应用领域
陶瓷电容是一种广泛使用于电子产品中的passives 元件，其主要由导体和绝缘体构成。导体常采用金属，例如银或钨，并具有可靠的电导性能。绝缘体通常采用陶瓷材料，如硬陶瓷（多为氧化铁、氧化锰、二氧化硅等），以提供良好的介电性。
由于其优异的特性，陶瓷电容被广泛应用于各种电子设备中，包括通信设备、计算机及消费类电子产品等。它们常用于储存与释放电能、稳定电流和阻抗匹配等功能。
电容失效模式
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。
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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。
贴片电容失效分析
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
贴片电容裂纹失效原因分析
贴片电容裂纹失效原因分析
贴片电容是电子设备中常见的电子元器件之一，它广泛应用于电子电
路中，主要用于过滤、耦合、绝缘电容等方面。然而，在使用过程中，贴
片电容有时会出现裂纹失效的情况。本文将对贴片电容裂纹失效的原因进
行分析。
一、外力作用：贴片电容在使用过程中容易受到外界的机械振动、冲
击等力的作用。当贴片电容所承受的应力超过其材料的耐力极限时，就会
发生裂纹失效。例如，在运输、组装、焊接等过程中，贴片电容可能受到
机械冲击而导致裂纹失效。
二、热膨胀不匹配：贴片电容由多种材料组成，如电极材料、介质材
料等。这些材料在使用过程中产生热膨胀时，可能会存在不匹配的情况。
当贴片电容的不同部分存在热膨胀不匹配时，就会产生应力集中，从而导
致裂纹失效。此外，贴片电容在焊接过程中也会受到高温的影响，当焊接
温度过高或焊接时间过长时，可能会导致贴片电容内部的材料发生热膨胀
不一致，从而引发裂纹失效。
三、环境因素：贴片电容的失效与环境因素密切相关。在高温、高湿度、高盐度、高气压等特殊环境下，贴片电容的材料容易产生膨胀或腐蚀，导致内部应力积累，从而引发裂纹失效。另外，在一些粗糙表面的基板上
安装贴片电容，其间发生微小位移时，也会形成应力集中而导致裂纹失效。
四、焊接过程：贴片电容在焊接过程中容易受到过温或焊接不良的影响，从而导致裂纹失效。焊接温度过高或焊接时间过长，可能会引起焊点
附近的材料热膨胀，产生应力集中；焊接温区宽度不均匀、接触不良或焊
接剂残留等因素，也会对贴片电容产生不良影响。
五、材料质量：贴片电容的材料质量是决定其裂纹失效的重要因素之一、如果材料本身质量不稳定、工艺控制不当或混入杂质，就容易降低贴
MLCC电容烧损失效机理分析及改善建议
MLCC电容烧损失效机理分析及改善建议
1.失效背景
马达产品在客户端运行一段时间后，发生功能失效。经过初步检测，新阳检测中心（下文简称中心）判断该问题是组件中的MLCC电容发生失效导致的。
2.检测分析
2.1失效样品的外观分析
电容有明显开裂现象，但电容表面整体未见烧损碳化痕迹。
2.2电容切片断面的分析
经过边研磨边观察的方式分析得出，在电容电极两端均检出有约45°的裂纹。同时，在PCB层有烧损与碳化的现象。并且电容内部电极之间有打火烧损异常。
电容研磨至陶瓷层刚去掉的位置时观察，烧损主要集中于PCB的PAD 位置，电容面未见明显烧灼异常，电容两端有明显的约45°裂纹异常。
电容研磨至约1/3位置时观察，PCB烧黑碳化、分层，电容面未见明显烧灼异常，电容两端有明显的约45°裂纹异常，且呈现碎裂状态。
电容研磨至约1/2位置时观察，PCB烧黑碳化、分层，电容面有明显开裂，烧损区域，电容两端有明显的约45°裂纹异常，且呈现碎裂状态。
根据电容断面烧损区域局部图显示，说明层间发生了短路异常。
根据烧损区域SEM分析图显示，说明异常位置存在开裂状态。
3.失效机理分析
3.1不良分析
电容失效特征：
①电容端电极位置从外向内贯穿性45°裂纹，且裂纹延伸至内电极层；
②电容内部烧损位置，有贯穿性裂纹；
③PCB基材位置受到了高热影响，发生烧损、碳化、分层，电容没有比较严重的爆裂及烧灼点。
失效原因分析：
①电容端电极45°裂纹，是典型的应力裂纹。且该裂纹从外向内贯穿，电容烧损点呈现非聚集性、非点扩散性特征。因此，判断该电容先前已有裂纹产生。
电容失效模式及失效机理
电容器失效模式和失效机理
电容器的常见失效模式有:击穿、开路、电参数变化(包括电容虽超差、损耗角正切值增人、绝缘性能下降或漏电流上下班升等)、漏液、引线腐蚀或断裂、绝缘了破裂或农面飞弧等-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.
1、常见的七种失效模式
(1)引起电容器击穿的主要失效机理
①电介质材料有磁点或缺陷，或含有导电杂质或导电粒了；
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•
(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引出线与电极接触衣面氧化，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液体工作台电解质干涸或冻结；
⑥机械应力作用下电介质瞬时开路-
(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人-
(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•升；
②电容器金属外壳与密封盖焊接不佳；
③绝缘了与外壳或引线焊接不佳；
④半密封电容器机械密封不良；
⑤半密封电容器引线农面不够光洁；
陶瓷电容器失效模式与机理分析
陶瓷電容器耐壓失效模式解析
陶瓷電容器耐壓失效模式有以下三種典型模式﹕ 第1 種模式﹕電極邊緣瓷片貫穿(擊穿點在銀面邊緣位置)﹔ A.可能原因:
1. 粉末及其配制問題 2. 素地邊緣的致密性不佳
陶瓷體
銀電極
B. 失效模式在制程中的具體表現﹕ 1. 銀面邊緣位置針孔 2. 銀面邊緣位置針孔﹐同時此位置部份陶瓷炸裂。 3. 裂痕（先針孔后裂痕﹐素子表面有燒蝕碳化之小黑點﹐裂痕為新痕跡。
介質擊穿
1.電介質中有針孔﹑裂縫等疵點或缺陷﹐
失 效
或存在有雜質﹑導電粒子﹔ 2.電介質在制造中的機械損傷﹐如蹦邊﹑ 暗裂等﹔
機
3.在機械應力作用下電介質瞬時短路﹔
理
4.電介質的電化學擊穿﹔
5.電介質老化。
短路﹑半短路
1.在制造過程中兩電 極間有雜質﹑錫 渣﹔2.在高濕度或低 氣壓環境下極間邊緣 飛弧﹔
C. 應對措施: 信息及時反饋前段制程﹐要求其改善提升素地整體耐壓水准
第2 種模式﹕瓷片延邊導通或瓷片邊緣破裂破損(擊穿點在素子側面)﹔
A.可能原因: 1. 素地表面有污點﹐如銀﹑助焊劑﹑油質﹑焊錫渣等 2. 涂料中有導電雜質 3. 涂料中有氣泡 4. 涂料致密性不佳 5. 涂料包封層固化不充分
B. 失效模式在制程中的具體表現﹕ 1.跨弧 2.崩邊 3.側邊炸裂
（三） 電性能退化 干燥處理
电容失效的原因分析
电容失效的原因分析
电容失效的原因可能有以下几种：
热击穿：电容器内部的电解液、电极材料、以及由这些材料组成的连接部分都会在运行过程中产生热量，若散热不良，会导致热击穿而失效。
电击穿：电容器本身的绝缘性能不好，或者存在机械损伤、化学腐蚀等情况，会导致电介质分解、气体生成等，降低电容器的击穿强度，最终导致失效。
机械损坏：电容器在使用过程中，受到各种应力的作用，比如机械振动、冲击、挤压等，可能会导致电容器内部结构出现缺陷，降低电容器的性能和寿命。
介质老化：电容器中的电解液、电极材料等在长期使用过程中会发生老化，导致电容器性能下降，最终失效。
过压击穿：当电容器的工作电压超过其额定电压时，会导致电容器内部结构损坏，降低电容器的性能和寿命。
欠压击穿：当电容器的工作电压低于其额定电压时，会导致电容器内部的电解液分解、气体生成等，降低电容器的击穿强度，最终导致失效。
引线断裂：电容器中的引线部分若存在焊接不良、机械应力等问题，会导致引线断裂，最终导致电容失效。
短路：电容器内部的电极板之间发生短路现象，导致电容器无法正常工作。
以上是电容失效的主要原因，为了提高电容器的可靠性和寿命，需要在设计、制造、使用和维护等环节中加强质量控制和检测。
电容的计算与分析
电容的计算与分析
电容是电路中常见的元件之一，它有着重要的应用价值和理论基础。电容的计算与分析对于电路设计与分析都具有重要的意义。本文将从
电容的基本原理入手，介绍电容的计算方法和分析技巧。
一、电容的基本原理
电容是指两个导体之间通过感应产生储存电荷的能力。它的单位是
法拉（F），符号为C。根据电荷与电压的关系，电容的计算可以通过
以下公式表示：
C = Q / V
其中，C表示电容的大小，Q表示储存的电荷量，V表示电容器的
电压。根据这个公式，我们可以进行电容的计算。
二、电容的计算方法
1. 平行板电容器
平行板电容器是最简单的电容器之一，它由两块平行的金属板构成，中间隔以绝缘介质。对于一个平行板电容器而言，可以通过以下公式
计算其电容：
C = ε₀ * εᵣ * A / d
其中，C表示电容的大小，ε₀为真空中电容常数，约为8.85 *
10⁻¹²F/m，εᵣ为介质的相对介电常数，A为电容器的面积，d为电容器
的距离。通过调整面积和距离，我们可以改变平行板电容器的电容大小。
2. 圆柱电容器
螺旋线圆柱电容器是一种常见的结构，它由一根中心导体和一个环
形外导体组成。对于一个圆柱电容器，可以通过以下公式计算其电容：
C = 2πε₀ * εᵣ * l / ln(b / a)
其中，C表示电容的大小，ε₀为真空中电容常数，εᵣ为介质的相对
介电常数，l为电容器的长度，a为内导体的半径，b为外导体的半径。通过调整长度和半径，我们可以改变圆柱电容器的电容大小。
三、电容的分析技巧
除了计算电容的大小，我们还需要对电容的性能进行分析，以便更
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烘焙和清洗技术的应用举例
烘焙和清洗技术的应用举例
• 双极型器件的反向靠背椅特性是钝化层 可动离子沾污的结果，可用高温反偏和 高温储存来证实。
失效分析的发展方向
• • • • • 失效定位成为关键技术 非破坏 非接触 高空间分辨率 高灵敏度
无损失效分析技术
• 无损分析的重要性 (从质检和失效分析两 方面考虑) • 检漏技术 • X射线透视技术 用途：观察芯片和内引线的完整性 • 反射式扫描声学显微技术 用途：观察芯片粘接的完整性，微裂纹， 界面断层
小结
失效物理的定义：研究电子元器件失效机 理的学科 失效物理的用途： 1 失效分析：确定产品的失效模式、失效 机理，提出纠正措施，防止失效重复出 现 2 可靠性评价：根据失效物理模型，确定 模拟试验方法，评价产品的可靠性
第二讲 阻容元件失效机理
电容器的失效机理
• • • • 电解电容 钽电容 陶瓷电容 薄膜电容
时间
以失效分析为目的的电测技术
• 电测在失效分析中的作用 重现失效现象，确定失效模式，缩小故 障隔离区，确定失效定位的激励条件， 为进行信号寻迹法失效定位创造条件 • 电测的种类和相关性 连接性失效、电参数失效和功能失效
电子元器件失效分析的简单实 用测试技术（一）
• 连接性测试：万用表测量各管脚对地端/电源端 /另一管脚的电阻，可发现开路、短路和特性退 化的管脚。电阻显著增大或减小说明有金属化 开路或漏电部位。 • 待机(stand by)电流测试:所有输入端接地（或电 源），所有输出端开路，测电源端对地端的电 流。待机(stand by)电流显著增大说明有漏电失 效部位。待机(stand by)电流显著减小说明有开 路失效部位。
• • • • • 由高温寿命L1推算常温寿命L2 F=L2/L1 对指数分布 L1=MTTF=1/λ λ失效率
试验时间内失效的元件 数 初始时间未失效元件数 ×试验时间
失效率＝
温度应力－时间模型的简化： 十度法则
• 内容：从室温算起，温度每升高10度， 寿命减半。 • 应用举例：推算铝电解电容寿命 105C，寿命1000h（标称值） 55C, 寿命1000X2E5=32000h 35C，寿命1000X2E7=128000h =128000/365/24=14.81年
• 参数漂移、软失效 • 例：n沟道MOS器件阈值电压减小
失效应力与失效模式的相关性
• 过电：pn结烧毁、电源内引线烧毁、电 源金属化烧毁 • 静电：MOS器件氧化层击穿、输入保护 MOS 电路潜在损伤或烧毁 • 热：键合失效、Al-Si互溶、pn结漏电 • 热电：金属电迁移、欧姆接触退化 • 高低温：芯片断裂、芯片粘接失效 • 低温：芯片断裂
2 L1 = A exp(
2
kT
1
E ) kT )2
E L 1 = A exp( F = L = exp( E ( 1 − 1 )) ) L kT 1 k T T
2 1
E ) kT1
F =
L2 E 1 1 = exp( ( − )) L1 k T2 T1
设定高温为T1,低温为T2,可求出F
预计平均寿命的方法
失效机理的概念（续）
• 参数漂移的可能失效机理：封装内水汽 凝结、介质的离子沾污、欧姆接触退化、 金属电迁移、辐射损伤
失效机理的内容
• 失效模式与材料、设计、工艺的关系 • 失效模式与环境应力的关系 环境应力包括：过电、温度、湿度、机 械应力、静电、重复应力 • 失效模式与时间的关系
水汽对电子元器件的影响
电子元器件失效分析的简单实 用测试技术（二）
• 各端口对地端/电源端的漏电流测试（或 I——V测试）,可确定失效管脚。 • 特性异常与否用好坏特性比较法确定。
由反向I－V特性确定失效机理
4.50E-02 4.00E-02 3.50E-02 烧断电源端1对地 烧断电源端2对地 烧断电源端3对地 未烧断电源端对地 3.00E-02
电解电容的失效机理和改进措 施
• 漏液：电容减小 阳极氧化膜损伤难以修补，漏电 流增大。 • 短路放电：大电流烧坏电极 • 电源反接：大电流烧坏电极，阴极氧化， 绝缘膜增厚，电容量下降 • 长期放置：不通电，阳极氧化膜损伤难 以修补，漏电流增大。
电解电容的阳极修复功能
Al＋ OH－
改进措施
降温使用，不做短路放电， 电源不反接，经常通电
收集失效现场数据
• 作用：根据失效现场数据估计失效原因 和失效责任方 根据失效环境：潮湿、辐射 根据失效应力：过电、静电、高温、低 温、高低温 根据失效发生期:早期、随机、磨损 • 失效现场数据的内容
水汽对电子元器件的影响
• • • • 电参数漂移 外引线腐蚀 金Байду номын сангаас化腐蚀 金属半导体接触退化
辐射对电子元器件的影响
2.50E-02 电（ 流A ）
2.00E-02
1.50E-02
1.00E-02
5.00E-03
0.00E+00 0 2 4 6 8 10 12 14
- 5.00E-03 反向电压（V）
由反向I－V特性确定失效机理
• 直线为电阻特性，pn结穿钉，属严重 EOS损伤。 • 反向漏电流随电压缓慢增大，pn结受 EOS损伤或ESD损伤。 • 反向击穿电压下降，pn结受EOS损伤或 ESD损伤。
F = m
M t − M 0 = Ae
(t − t 0 )
mvt − mv0 = F (t − t0 )
失效物理模型小结
• 应力－强度模型与断裂力学模型相似， 不考虑激活能和时间效应，适用于偶然 失效和致命性失效，失效过程短，特性 变化快，属剧烈变化，失效现象明显 • 应力－时间模型（反应论模型）与牛顿 力学模型相似，考虑激活能和时间效应 ，适用于缓慢退化，失效现象不明显
失效物理的概念
• 定义：研究电子元器件失效机理的学科 • 失效物理与器件物理的区别 • 失效物理的用途
失效物理的定义
• 定义：研究电子元器件失效机理的学科 • 失效机理：失效的物理化学根源 • 举例：金属电迁移
金属电迁移
• 失效模式：金属互连线电阻值增大或开路 • 失效机理：电子风效应 • 产生条件：电流密度大于10E5A/cm2 高温 • 纠正措施：高温淀积，增加铝颗粒直径，掺铜， 降低工作温度，减少阶梯，铜互连、平面化工 艺
• 应力－强度模型 失效原因： 应力>强度 强度随时间缓慢减小 如:过电应力（EOS）、静电放电（ESD）、闩 锁（latch up) • 应力－时间模型（反应论模型） 失效原因：应力的时间累积效应，特性变化超 差。如金属电迁移、腐蚀、热疲劳
应力－强度模型的应用
• 器件抗静电放电（ESD）能力的测试
失效发生期与失效机理的关系
• 早期失效：设计失误、工艺缺陷、材料 缺陷、筛选不充分 • 随机失效：静电损伤、过电损伤 • 磨损失效：元器件老化 • 随机失效有突发性和明显性 • 早期失效、磨损失效有时间性和隐蔽性
第四讲 失效分析技术
失效分析的作用
• 确定引起失效的责任方（用应力－强度 模型说明） • 确定失效原因 • 为实施整改措施提供确凿的证据
电解电容的概况
• 重要性：多用于电源滤波，一旦短路， 后果严重 • 优点：电容量大，价格低 • 缺点：寿命短，漏电流大，易燃 • 延长寿命的方法：降温使用，选用标称 温度高的产品
电解电容的标称温度与寿命的 关系
标称温度（℃） 标称温度寿命（h) 工作温度（℃） 工作温度寿命(h) 85 1000 35 1000X2E5 32000 3.65 年 105 1000 35 1000X2E7 128000 14.6 年 125 1000 35 1000X2E9 912000 59.26年
失效分析技术的延伸
• 进货分析的作用：选择优质的供货渠道， 防止假冒伪劣元器件进入整机生产线 • 良品分析的作用：学习先进技术的捷径 • 破坏性物理分析（DPA）：失效前的物 理分析
失效分析的一般程序
收集失效现场数据 电测并确定失效模式 非破坏检查 打开封装 镜检 通电并进行失效定位 对失效部位进行物理化学分析，确定失效机 理 • 综合分析，确定失效原因，提出纠正措施 • • • • • • •
固体钽电容
• 过流烧毁 • 正负极反接
陶瓷电容
电路板弯曲引起芯片断裂，漏电流增 大
陶瓷电容
• 银迁移引起边缘漏电和介质内部漏电
第三讲 微电子器件失效机理
失效模式的概念和种类
• 失效的表现形式叫失效模式 • 按电测结果分类：开路、短路或漏电、 参数漂移、功能失效
失效机理的概念
• 失效的物理化学根源叫失效机理。例如 • 开路的可能失效机理：过电烧毁、静电 损伤、金属电迁移、金属的电化学腐蚀、 压焊点脱落、CMOS电路的闩锁效应 • 漏电和短路的可能失效机理：颗粒引发 短路、介质击穿、pn微等离子击穿、SiAl互熔
温度应力－时间模型
dM dt = Ae
E − kT
T高，反应速率大，寿命短 E大，反应速率小，寿命长
温度应力的时间累积效应
M t − M 0 = Ae
E − kT
(t − t 0 )
失效原因：温度应力的时间累积效 应，特性变化超差
与力学公式类比
dM dt = Ae
E − kT
dv dt
E − kT
电子元器件可靠性物理
中国电子电器可靠性工程协会 费庆 Tel. 010-67642668 北京市南三环东路27号C1108
第一讲 失效物理的概念
失效的概念
• 失效定义 1 特性剧烈或缓慢变化 2 不能正常工作 • 失效种类 1 致命性失效：如过电应力损伤 2 缓慢退化：如MESFET的IDSS下降 3 间歇失效：如塑封器件随温度变化间歇失效
由反向I－V特性确定失效机理
• 反向击穿电压不稳定：芯片断裂、芯片 受潮
烘焙技术
• 1应用范围：漏电流大或不稳定、阻值低 或不稳定、器件增益低、继电器接触电 阻大 • 2用途：确定表面或界面受潮和沾污 • 3方法：高温储存、高温反偏
清洗技术
• 应用范围：离子沾污引起的表面漏电 • 用途：定性证明元器件受到表面离子沾 污 • 方法：无水乙醇清洗 去离子水冲洗（可免去） 烘干
失效物理与器件物理的区别
• 撤销应力后电特性的可恢复性 • 时间性
失效物理的用途
1 失效分析：确定产品的失效模式、失效 机理，提出纠正措施，防止失效重复出 现 2 可靠性评价：根据失效物理模型，确 定模拟试验方法，评价产品的可靠性
可靠性评价的主要内容
• 产品抗各种应力的能力 • 产品平均寿命
失效物理模型
失效发生期与失效机理的关系
• 早期失效：设计失误、工艺缺陷、材料 缺陷、筛选不充分 • 随机失效：静电损伤、过电损伤 • 磨损失效：元器件老化 • 随机失效有突发性和明显性 • 早期失效、磨损失效有时间性和隐蔽性
失效发生期与失效率
失效率＝
失 效 率 期
试验时间内失效的元件 数 试验初始的元件数 ×试验时间
• • • • 电参数漂移 外引线腐蚀 金属化腐蚀 金属半导体接触退化
辐射对电子元器件的影响
• 参数漂移、软失效 • 例：n沟道MOS器件阈值电压减小
失效应力与失效模式的相关性
• 过电：pn结烧毁、电源内引线烧毁、电 源金属化烧毁 • 静电：MOS器件氧化层击穿、输入保护 MOS 电路潜在损伤或烧毁 • 热：键合失效、Al-Si互溶、pn结漏电 • 热电：金属电迁移、欧姆接触退化 • 高低温：芯片断裂、芯片粘接失效 • 低温：芯片断裂
应力－时间模型的应用：预计 元器件平均寿命
• 1求激活能 E
E ) kT E ln L = B + kT E ln L 1 = B + kT 1 L = A exp( ln L
2
Ln L2
Ln L1
B
E = B + kT
2
1/T1
1/T2
预计平均寿命的方法
• 2 求加速系数F
L 2 = A exp( E L2 = A exp(
举例说明：失效分析的概念和作用
• • • • • • 某EPROM 使用后无读写功能 失效模式：电源对地的待机电流下降 失效部位：部分电源内引线熔断 失效机理：闩锁效应 确定失效责任方：模拟试验 改进措施建议：改善供电电网，加保护 电路
失效分析的受益者
• 元器件厂：获得改进产品设计和工艺的依据 • 整机厂：获得索赔、改变元器件供货商、改进 电路设计、改进电路板制造工艺、提高测试技 术、设计保护电路的依据 • 整机用户：获得改进操作环境和操作规程的依 据 • 提高产品成品率和可靠性，树立企业形象，提 高产品竞争力