MLCC的质量控制与失效分析
mlcc工艺技术评估
mlcc工艺技术评估MLCC（多层陶瓷电容器）是一种常见的电子器件，在电子产品中广泛应用。
它具有体积小、成本低、性能稳定等优点，因此备受电子制造企业以及消费者的青睐。
在现代电子工业中，MLCC工艺技术的评估变得越来越重要。
下面将从材料选择、制造工艺和品质控制三方面评估MLCC工艺技术。
首先，材料选择是影响MLCC性能的重要因素之一。
MLCC的主要材料有陶瓷粉体、内部极板和电极材料等。
陶瓷粉体是MLCC的核心材料，其掺杂元素的选择将直接影响到MLCC的介电常数和温度系数。
陶瓷粉体的选取应综合考虑介电常数的需求以及温度变化对电容值的影响，以确保其性能稳定。
其次，制造工艺对MLCC性能的影响也很大。
制造工艺包括陶瓷粉体的成型、烧结、金属化和封装等环节。
陶瓷粉体的成型是制造工艺中的关键环节，它直接影响到MLCC的外观、粗糙度和几何尺寸的一致性。
烧结工艺是陶瓷粉体转变为坚硬陶瓷的过程，它对于MLCC的密度和机械强度有重要影响。
金属化工艺是陶瓷表面镀上金属层，以便与外部电极连接。
封装工艺则是将内部陶瓷层与外部引线保护封装在一起，以增加电容器的机械强度和使用寿命。
优化这些制造工艺，能够提高MLCC的性能并降低缺陷率。
最后，品质控制是评估MLCC工艺技术的重要指标。
MLCC的品质控制包括制造过程中的管制和品质检验。
制造过程中的管制包括严格控制各制造环节的工艺参数，确保每个环节的质量稳定。
品质检验包括对成品MLCC进行外观检查、尺寸测量、电容和介质耐压等性能的测试。
只有通过严格的品质控制，才能保证MLCC产品的稳定性能。
综上所述，MLCC工艺技术评估需从材料选择、制造工艺和品质控制三个方面进行考虑。
优秀的MLCC工艺技术应综合考虑陶瓷粉体的选择、制造工艺的优化以及品质控制的强化，以保证MLCC产品的稳定性能和优良品质。
在现代电子工业中，MLCC工艺技术的不断发展和完善将进一步推动电子制造企业的发展。
电容阻值降低、漏电失效分析
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。
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。
TerminationsM1CC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陶瓷介质空洞图原因：①介质膜片表面吸附有杂质；②电极印刷过程中混入杂质；③内电极浆料混有杂质或有机物的分散不均匀。
2、电极内部分层图5电极内部分层原因：多层陶瓷电容器的烧结为多层材料堆叠共烧。
瓷膜与内浆在排胶和烧结过程中的收缩率不同，在烧结成瓷过程中，芯片内部产生应力，使M1CC产生再分层。
预防措施：在M1CC的制作中，采用与瓷粉匹配更好的内浆，可以降低分层开裂的风险。
MLCC漏电失效分析 (2)
M L C C漏电失效分析美信检测失效分析实验室摘要：本文通过X射线透视检查、MLCC外观、MLCC内部结构分析及SEM/EDS检查，认为造成MLCC漏电失效的原因为：电容本身质量问题，MLCC内部存在镍瘤，镍瘤的存在使热应力裂纹的萌生产生了可能。
关键词：MLCC, 镍瘤，片式多层陶瓷电容器，失效分析，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。
NG样品OK样品通过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。
MLCC X射线透视内部结构图将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。
MTT（美信检测）是一家从事材料及零部件品质检验、鉴定、认证及失效分析服务的第三方实验室,网址：联系电话：、。
裂纹镍瘤NG样品OK样品通过对样品剖面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。
镍瘤位置碳化痕迹位置NG样品电容内部局部形貌EDS能谱图（镍瘤位置）OK样品电容内部结构空白样品电容内部形貌和EDS能谱图（镍瘤位置）➢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。
MLCC 失效分析及对策
MLCC 失效分析及对策失效的原因•裝配过程中<工艺应用上>失效的原因;•热应力与热冲击;•金属的溶解;•基板和元件过热;•超声波清洗的损坏;•机械负载;•运输的振动;•机械冲击;•应力与热冲击;•老化<腐蚀、基板材料老化、蠕变斷裂、焊接疲劳>电容器的失效模式与常见故障•钽电解电容器—电压过载击穿烧毁；浪涌电压冲击漏电流增大；极性反向短路；高温降额不足失效；•铝电解电容器—漏电流增大击穿；极性反向短路；高温降额不足失效；•有机薄膜电容器—热冲击失效；寄生电感过大影响高频电路功能实现；•MLCC（2类）—SMT工艺不当导致断裂或绝缘失效；Y5V温度特性不佳导致电路故障；•MLCC（1类）—RF设计选型匹配。
MLCC异常汇总分类一、裂纹(微裂、断裂、开裂和击穿)二、端头脱落三、电性能异常(C、DF、IR和TC)四、抛料(国标GB≤0.3%，具体依设备定)五、上锡不良(假焊)六、其它(Q、ESR等)开裂一、MLCC本身制造方面的因素：1、MLCC排烧时温控失调，有机物挥发速率不均衡，严重时会出现微裂纹；2、内电极金属层与陶瓷介质烧结时因热膨胀系数不同，收缩不一致导致瓷体内部产生了微裂。
(MLCC质量隐患)；3、编织线裂纹二、MLCC应用生产工艺方面因素：1、热冲击(结构本身不能吸收短时间内温度剧烈变化产生的机械应力所导致的机械性破坏，该力由于不同的热膨胀系数、导热性及温度变化率产生) 2、贴装应力(主要是真空吸放头或对中夹具引起的损伤<目前都使用视觉对中或激光对中取代机械对中>)3、上电扩展的裂纹(贴装时表面产生了缺陷，后经多次通电扩展的微裂纹)4、翘曲裂纹(在印制板裁剪、测试、元器件安装、插头座安装、印制版焊接、产品最终组装时引起的弯曲或焊接后有翘曲的印制板主要是印制板的翘曲)5、印制板剪裁(手工分开拼接印制板、剪刀剪切、滚动刀片剪切、冲压或冲模剪切、组合锯切割和水力喷射切割都有可能导致印制板弯曲)6、焊接后变形的印制版(过度的基材弯曲和元器件的应力)MLCC微裂实例MLCC外观图MLCC DPA图MLCC外观图MLCC DPA图MLCC外观图MLCC DPA图击穿产生的原因：1、MLCC本身耐压不够大(介质厚度偏薄、内部有短路缺陷)；2、PCB板模块电路设计不合理，存在漏电短路的缺陷；3、SMT生产工艺中造成的锡渣、锡珠、锡桥等短路现象；4、上电测试时电压过高、或产生的瞬间脉冲电压过大等不良操作。
超薄层高容MLCC电特性与失效机理研究
超薄层高容MLCC电特性与失效机理研究摘要: 超薄层高容MLCC电容器是现代电子设备中广泛使用的关键元器件，具有体积小、容量大等优势。
然而，由于其薄型结构，其电特性和失效机理与传统MLCC电容器存在差异，需要进行深入研究。
本文通过对超薄层高容MLCC电容器的电特性和失效机理进行探究，旨在提供有关延长其使用寿命和提高可靠性的参考信息。
关键词：超薄层高容MLCC；电特性；失效机理分析引言:随着电子设备的不断发展，对高容量、小体积的电容器需求不断增加。
超薄层高容MLCC电容器因其出色的电性能，成为众多电子设备的首选。
然而，由于其特殊的结构和材料，超薄层高容MLCC电容器在电特性和失效机理方面存在一些独特的问题。
因此，对超薄层高容MLCC电容器的研究具有重要意义。
一、超薄层高容MLCC的基本原理和制备技术1.1多层陶瓷电容器（MLCC）简介多层陶瓷电容器（MLCC）是一种常见的电子元件，用于存储和释放电荷。
它由多个层状的陶瓷片和金属电极交替堆叠而成，形成多个并联的电容单元。
MLCC 具有优异的电容稳定性、高频特性和温度性能，因此广泛应用于电子设备中。
它通常具有小尺寸、高容量和低损耗等特点，适用于集成电路、通信设备、移动设备等多种应用领域。
MLCC的电容值可以从几个皮法到几百微法不等，且提供多种封装形式，如贴片封装和插入封装，以满足不同的设计需求。
1.2超薄层高容MLCC的设计原理超薄层高容MLCC（MLCC）是一种在有限空间内实现高电容的电子元件。
其设计原理主要基于以下几点。
首先，采用多层陶瓷片和金属电极的交替堆叠结构，以增加电容的堆积效应。
其次，通过选择高介电常数的陶瓷材料，提高单位体积内的电容值。
此外，超薄层设计将陶瓷片的厚度减小到极致，从而降低了构建电容层所需的空间，提高了电容密度。
同时，精确的陶瓷材料工艺和电极排布方式也对高容MLCC的性能起到关键作用。
超薄层高容MLCC的设计原理为在小尺寸的电子设备中提供高电容值的解决方案，满足了现代电子产品对高性能电容器的需求。
MLCC常见故障分析
MLCC 常见故障分析北京718友益电子有限责任公司 祁怀荣MLCC 指多层[或叠层]陶瓷电容器, 由于生产成本较其它电容器低,ESR[等效串联电阻]和ESL[等效串联电感]极低,因此,被广泛使用在各类高频电路.它的产量占电容器总产量的70%以上. 进些年MLCC 的技术进步非常快, 其体积容量比已经接近钽电容器的水平.由于其独特的无极性结构非常适合滤波使用,因此,在微电子电路上的应用范围不断扩大.大有代替部分体积容量比较低的片式钽电容器的势头.尽管其在高频特性上优点突出,但其弱点也经常导致使用出现问题; 例如在-55-+125度的极限温度内其容量变化率较大,不能满足使用温度变化幅度过大,滤波精度要求高的电路. 另外,由于叠层厚度的增加导致产品的机体变的更'脆',在焊接上板冷却后非常容易出现由于电路板热应力导致的叠层裂纹,出现裂纹的产品在常温时漏电流变大,在电路板温度升高时漏电流反而降低,因此,查找原因非常困难.当通过的电流很大时,一样可以突然出现发热导致的电击穿现象,有时候甚至还会出现烧板现象.导致MLCC 焊接后叠层出现裂纹的根本原因,是高温焊接后冷却过程中线路板和MLCC 机体不同的膨胀率, 因为MLCC 的基材是氧化物组成的陶瓷材料,因此,其非常脆,也就是说在叠层较薄时非常容易在极微小的热应力下断裂. 其容易断裂的比列随容量的增加而增加,因为,容量高的MLCC,其叠层数量越多,而且每层厚度也更薄,目前最薄的叠层厚度已经达到1微米左右.使用此类产品,必须非常注意产品与焊接温度曲线及焊接材料和电路板材料间的选择问题, 稍微有一点的热应力就有可能导致部分MLCC 的部分叠层出现断裂.出于对MLCC 较大容量产品的对热应力导致的失效比列增加的担心,按照美军电子元件使用规定,军用MLCC 的叠层厚度不能小于10微米,也就是说一定容量的MLCC 产品,体积过小的产品不容许在军用电子电路中使用. 因为其非常容易出现在温度变化过大时突然断裂而导致失效率增加.实际上,上述原因导致的失效比比皆是, 特别是在民用电子产品上,由于过度追求小体积导致的此类问题已经导致电路可靠性大幅度降低, 出现的问题非常多.为了解决此问题,美国一家公司开发了一种端子涂敷了导电高分子聚合物的MLCC, 此产品主要解决的问题就是MLCC 产品耐热应力差的缺点.可悲的是我国生产的此类产品在质量等级上与国外公司的差距仍然在扩大,而在向用户提供产品时,多数生产厂家都对此缺点避而不谈, 从而使许多用户对因此问题导致的失效率问题越来越多.Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only.。
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。
贴片陶瓷电容失效机理分析
多层贴片陶瓷电容（MLCC）失效机理分析一．MLCC的应用及发展方向MLCC，广泛用于消费、通讯、信息类电子整机设备中，主要起到滤波、隔直、耦合、振荡等作用。
随着电子信息产业不断的发展，电子设备向薄、小、轻、便携式发展，MLCC也逐步向小型化、大容量化、高频率方向发展，MLCC在我们的HID及高端平板电视里有着极为广阔的应用，片状电容是增长速度最快的无源电子元器件之一，具有广阔的发展前景。
二．MLCC的基本结构MLCC有三大部分组成：1. 陶瓷介质 2.内部电极 3.外部电极其中电极一般为Ag或AgPd(钯)，陶瓷介质一般为(SrBa)TiO3，多层陶瓷结构通过高温烧结而成。
器件端头镀层一般为烧结Ag/AgPd，然后制备一层Ni阻挡层(以阻挡内部Ag/AgPd材料，防止其和外部Sn发生反应)，再在Ni层上制备Sn或SnPb层用以焊接。
近年来，也出现了端头使用Cu的MLCC产品。
三．MLCC的失效模式多层陶瓷电容器本身的内在可靠性十分优良，可以长时间稳定使用。
但如果器件本身存在缺陷或在组装过程中引入缺陷，则会对其可靠性产生严重影响。
陶瓷多层电容器失效的原因分为外部因素和内在因素。
内在因素主要包括以下三个方面： 1.陶瓷介质内空洞导致空洞产生的主要因素为陶瓷粉料内的有机或无机污染，烧结过程控制不当等。
空洞的产生极易导致漏电，而漏电又导致器件内部局部发热，进一步降低陶瓷介质的绝缘性能从而导致漏电增加。
该过程循环发生，不断恶化，严重时导致多层陶瓷电容器开裂、爆炸，甚至燃烧等严重后果。
2. 烧结裂纹烧结裂纹常起源于一端电极，沿垂直方向扩展。
主要原因与烧结过程中的冷却速度有关，裂纹和危害与空洞相仿。
3．分层多层陶瓷电容器的烧结为多层材料堆叠共烧。
烧结温度可以高达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。
分层和空洞、裂纹的危害相仿，为重要的多层陶瓷电容器内在缺陷。
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。
②裂纹在后续的过程中延展、贯穿，导致内部电极层错位短路，形成电阻效应，产生高热，使PCB基材高温碳化、分层。
③电容内部在电流作用下发生烧损，造成内部电极片层产生裂纹及烧损点。
3.2改善建议针对电容失效机理的分析，电容应力裂纹可能是失效的根本原因。
MLCC
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图 Ｉ 多层 陶 瓷 电容 器 （ Ｃ ） 常见 构造 ＭＬ Ｃ 的
图 ２典型扫描超声显微镜检测多层陶瓷电容器典型缺 陷 （ 检测频率 ＩＯ ｚ （ Ｏ ＭＨ ）左）
图 中亮点 为一 空 洞 （ ：图 中亮 区为 电容 器 内部 分层 右）
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然 很 多 无 源元 件 在 整 个 电 子 产 品 中所
主要原因与烧结过程中的 等 。根 据 Ｍ Ｃ 的尺 寸大 小 ，可 以分 直方向扩展。 ＬＣ
为 １０ ，８ ５ ０ ０ ， ４ ２ ０ ０ 等 。 冷却速 度有 关 ，裂纹 和危 害与空洞相 ２ ６ ０ ０ ，６ ３ ０ ０ ， ２ １ 仿。
的重要 性 。 影响。
能 导致 分 层 的发 生 。 层 和空 洞 、 纹 分 裂
无 源 元件 的 类型 很多 ， 层 陶瓷 电 多
陶 瓷 多 层 电容 器 失 效 的 原 因分 为 的危 害相 仿 ， 为重要 的多层 陶瓷 电容 器
内在 缺 陷 。
容器 （Ｌ Ｃ Ｍ Ｃ ）是 其 中最 重 要 ，也 是用 外 部 因素 和 内在 因素 。 量 最大 的产 品之 一 。 １ Ｍ Ｃ 图 为 Ｌ Ｃ的典 型 结构 。 中导 体一 般 为 Ａ 其 ｇ或 Ａ Ｐ ， ｇ ｄ 陶 瓷 介质 一 般 为 （ｒｏ ＴＯ３ 多 层 ＳＢ ） ｊ ，
陶瓷电容失效分析
一．样品讯息如下：1、品名：1210F226M250NT2、样品数量：若干3、不良模式：产品短路失效二．分析如下：1、外观确认：对客户提供不良样品任取2pcs样品进行外观确认，具体现象如下：1#样品2#样品确认结果：2pcs样品外观存在裂纹。
2、电性能测试：对2pcs样品及5pcs其他品牌样品进行电性能测量，具体测量数据见下表：NO Cap（uF）DF（%）IR（MΩ）Spec 17.6~26.4 ≤5.0≥22.71#不良品--- ---- OVCURR2#不良品--- ---- OVCURRTest equipment: Cap/DF: HP4288A；IR: Agilent 4339BTest condition: Cap/DF: 0.5Vrms, 120Hz；IR: 25V, 60sec测量结果：2pcs样品电性能均不合格；客户提供5pcs其他品牌样品电性能均合格。
3、DPA分析：对2pcs不良样品、取1pcs其他品牌样品进行DPA研磨，具体研磨结果如下：1#样品1#样品DPA研磨结果：2pcs样品经过研磨发现样品内部均存在烧毁的痕迹(镍熔融形成的金属球)，从研磨的DPA样式看，内部存在裂纹，1#样品的裂纹在该切片位置未跨越烧毁区域，2#样品跨越烧毁区域。
造成此类不良的原因可能为机械应力导致产品内部产生裂纹，进而通电烧毁失效。
4、机械应力裂纹产生原理MLCC的陶瓷体是一种脆性材料。
如果PCB板受到弯曲时，它会受到一定的机械应力冲击。
当应力超过MLCC的瓷体强度时，弯曲裂纹就会出现。
因此，这种弯曲造成的裂纹只出现在焊接之后。
在Bending测试中的典型失效模式：PCB板弯曲时在不同位置受到的应力大小不同：元件装配接近分板点：应力大小对比：1＞2≈3＞4＞5PCB板弯曲导致的开裂（产品摆放方向）：开裂产生于产品接近或者垂直于分板：分板线焊锡量过多引起PCB板弯曲导致开裂：过多的焊锡量5、结论：5.1、2pcs样品外观存在裂纹；5.2、2pcs样品电性能均不合格；5.3、2pcs样品经过研磨发现样品内部存在烧毁痕迹，造成此类不良的原因可能为机械应力导致产品内部产生裂纹，进而通电烧毁失效。
电子产品中MLCC的质量失效分析
1.2 MLCC失效原因分析 电子产品生产使用过程中，常见的失效现象主要为：外部 电极脱落、主体断裂、电容内部瓷片开裂、碳化。主要原因可 归结为：机械冲击、热冲击和过压过流[1]。 （1）机械冲击。机械冲击主要来自电路板翘曲变形、螺 钉紧固、周转清洗过程硬物撞击。MLCC为多层陶瓷介质膜片 叠加而成，具有易脆特性，且无引脚。一旦MLCC焊接于电路 板上，任何外力都会对MLCC产生不良影响，甚至引起失效。 当电路板发生不同程度的翘曲变形，并且未采取改善措施 而进行安装紧固时，会在MLCC两焊端产生相反方向的机械应 力，从而产生裂缝。 MLCC与螺钉或者其他紧固点、邮票孔、V-CUT槽未满足 安全间隙时，施加在电路板上的压力未能安全释放，致使周边 器件受损。 电路板在周转、清洗过程未做防震防碰撞防护时，当受外 部硬物撞击或者板间器件碰撞或重力快速放置或尖锐镊子、刷 子搓洗时，板上MLCC器件极易受损。 起初这些裂缝可能极细，而没有穿透内电极，也难以在外 观检验时分辨出。常温测试电路板性能时，质量问题未能及时 暴露。但经过温度冲击、应力筛选后，裂缝随之扩大或在做低 温试验，当有水分渗入失效会明显浮现。 （2）热冲击。热冲击破裂通常发生于焊接过程。 电路板、待焊器件、镊子焊接前均需进行充分预热。如预 热不充分，当烙铁产生的急剧高温使电容两端骤然受热，过大 的温度梯度让电容内部材料瞬间膨胀。在足够大的交变热应力 的作用下，MLCC易发生热疲劳失效，内部出现裂纹。此时裂 纹一般会贯穿到电容表面。 焊接MLCC时，电容两端焊锡量应保持一致且焊锡不能过 量。当采用回流焊装配方式时，由于为自动印刷锡膏，不存在 电容两端锡量不一致的情况。但采用手工焊接装配方式时，电 容两端焊锡量一般难以控制。此时焊锡高度应满足：1/3器件高 度＜焊锡高度＜2/3器件高度。因为焊锡冷却后会产生收缩力， 若电容电极两端焊锡量不一致则产生大小不一致的收缩力。电 容本体易发生破裂，一般发生在焊锡少的一端。 一次焊接不成功需用烙铁修补焊点2次以上、与其他器件 共岛且无有效的阻焊层、存在复杂焊接工艺（例如：基板组件 烧结等）等情况均使MLCC内部陶瓷重复受热产生形变，加剧 加大电容失效概率。因此MLCC器件经历2次以上复焊时，应更 换器件。
MLCC电容失效分析总结
ＭＬＣＣ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ Ｆａｉｌｕｒｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｕｍｍａｒｙ ＷＡＮＧ Ｔｉａｎｗｕ
( Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｒａｄｉｏ ＆ ＴＶ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１５ꎬ Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎ ｔｈｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｄｏｃｕｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ＭＬＣＣ ( Ｍｕｌｔｉ － ｌａｙｅｒ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ) ꎬ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｔｈｅ ＳＯＰ ｏｆ ｉｔｓ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅꎬ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｉｎｖａｌｉｄ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ꎬ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ＦＡ( ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ) . Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ＭＬＣＣꎻ ｔｈｅ ＳＯＰ ｏｆ ｉｔｓ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅꎻ ｔｈｅ ｉｎｖａｌｉｄ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅꎻ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ＦＡ
１ 引言
２０１６ 年 ９ 月至今ꎬ 我司陆续收到客户退 还 的 ＡＰ１３０ 失效样品ꎬ经供应商和公司内部分析发现ꎬ 绝大多数的样品 失 效 由 ＭＬＣＣ ( Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃｅ￣ ｒａｍｉｃ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ) 失效引起ꎮ
ＭＬＣＣ 因其优良的电气性能ꎬ在电路设计中得 到了广泛的使用ꎬ因其产品的自身特点具有十分优 良的可靠性ꎬ可以长时间稳定工作ꎮ 但在实际产品 的使用中ꎬＭＬＣＣ 电容确也是常见的电子电路中失 效率相对较高的一种电子元器件ꎮ
MLCC常见故障分析
MLCC常见故障分析MLCC指多层[或叠层]陶瓷电容器, 由于生产成本较其它电容器低,ESR[等效串联电阻]和ESL[等效串联电感]极低,因此,被广泛使用在各类高频电路.它的产量占电容器总产量的70%以上. 进些年MLCC的技术进步非常快, 其体积容量比已经接近钽电容器的水平.由于其独特的无极性结构非常适合滤波使用,因此,在微电子电路上的应用范围不断扩大.大有代替部分体积容量比较低的片式钽电容器的势头.尽管其在高频特性上优点突出,但其弱点也经常导致使用出现问题; 例如在-55-+125度的极限温度内其容量变化率较大,不能满足使用温度变化幅度过大,滤波精度要求高的电路. 另外,由于叠层厚度的增加导致产品的机体变的更'脆',在焊接上板冷却后非常容易出现由于电路板热应力导致的叠层裂纹,出现裂纹的产品在常温时漏电流变大,在电路板温度升高时漏电流反而降低,因此,查找原因非常困难.当通过的电流很大时,一样可以突然出现发热导致的电击穿现象,有时候甚至还会出现烧板现象.导致MLCC焊接后叠层出现裂纹的根本原因,是高温焊接后冷却过程中线路板和MLCC机体不同的膨胀率, 因为MLCC的基材是氧化物组成的陶瓷材料,因此,其非常脆,也就是说在叠层较薄时非常容易在极微小的热应力下断裂. 其容易断裂的比列随容量的增加而增加,因为,容量高的MLCC,其叠层数量越多,而且每层厚度也更薄,目前最薄的叠层厚度已经达到1微米左右.使用此类产品,必须非常注意产品与焊接温度曲线及焊接材料和电路板材料间的选择问题, 稍微有一点的热应力就有可能导致部分MLCC的部分叠层出现断裂.出于对MLCC较大容量产品的对热应力导致的失效比列增加的担心,按照美军电子元件使用规定,军用MLCC的叠层厚度不能小于10微米,也就是说一定容量的MLCC产品,体积过小的产品不容许在军用电子电路中使用. 因为其非常容易出现在温度变化过大时突然断裂而导致失效率增加.实际上,上述原因导致的失效比比皆是, 特别是在民用电子产品上,由于过度追求小体积导致的此类问题已经导致电路可靠性大幅度降低, 出现的问题非常多.为了解决此问题,美国一家公司开发了一种端子涂敷了导电高分子聚合物的MLCC, 此产品主要解决的问题就是MLCC产品耐热应力差的缺点.可悲的是我国生产的此类产品在质量等级上与国外公司的差距仍然在扩大,而在向用户提供产品时,多数生产厂家都对此缺点避而不谈, 从而使许多用户对因此问题导致的失效率问题越来越多.。
MLCC在平板电源中的断裂分析和改进
56941 42316 66500
将上述电容的材质由X7R更改为NP0材质，由于NP0材质的强度比 X7R高，产品成品的失效情况得到了较好的解决，失效比率由更换前 的667~3398 ppm 均降至0 ppm 。
2、MLCC尺寸选择
更改尺寸前后的不良率
改善前
0.1
0.007
改善后
0
0.02
0.04
1、MLCC材质选择
因为分子结构的差异，2类陶瓷的X7R和X5R、Y5V材质是较 脆弱的一类。I类陶瓷C0G/NP0等因为厚度等因素，其的抗弯曲强 比X7R的强很多。因此4700pF以下容量的，建议更换为C0G/NP0 材料，大于4700pF以上容量产品如果改用C0G/NP0材质，成本上 升幅度很大。为提升可靠性，该改必须改
通过历次不良样品分析，统计失效产品分为以下几个样式
：
MLCC是由陶瓷和金属的共烧体，因两类材料的收缩率存在较大的差异，在受到骤然的热冲击时易产生 热冲击开裂。开裂后产品内部短路，继续通电内部漏电流极大，产生高温，将内部介质和金属烧毁熔融， 形成镍球。因此在焊接时推荐用回流焊接工艺，该工艺焊接时温度均衡，热应力极小。针对客户方面的 波峰焊接工艺，供应商只能从产品的设计方面改进，以适应客户端的使用。将现有的0.85mm厚度产品 更改为1.25mm厚度，耐焊性方面表现相近（见以下对比表），但在波峰焊接时可以将应力分散至端头 处，产生热冲击几率要小很多，更适宜目前的生产现状。
4、改进PCB板设计
PCB板设计对电容器的弯曲开裂具有较多的影响因素，具体影响 因素和改善措施如表3所示。
表3：PCB板影响因素与改进措施 PCB板影响因素 焊盘方向与分切线垂直 PCB板高温变形 焊接厚度过大 电路板分割槽太浅 改善措施 焊盘方向与分切线平行 增加PCB板厚度 焊接厚度适中 电路板分割槽不能太浅
MLCC的质量控制与失效分析
MLCC的质量控制与失效分析无源元件(passive component) 在电子产品中占有十分重要的地位。
虽然很多无源元件在整个电子产品中所占的物料价值并不高，但任何一个微不足道的元器件的失效都可能导致整个系统的失效。
一般电子产品中有源元器件(IC)和无源元件的比例约为1：10-20。
从该数据可以看出无源元件质量控制的重要性。
无源元件的类型很多，多层陶瓷电容器(MLCC)是其中最重要，也是用量最大的产品之一。
MLCC的典型结构中导体一般为Ag或AgPd，陶瓷介质一般为(SrBa)TiO3，多层陶瓷结构通过高温烧结而成。
器件端头镀层一般为烧结Ag/AgPd，然后制备一层Ni阻挡层(以阻挡内部Ag/AgPd材料，防止其和外部Sn发生反应)，再在Ni层上制备Sn或SnPb层用以焊接。
近年来，也出现了端头使用Cu的MLCC产品。
根据MLCC的电容数值及稳定性，MLCC划分出NP1、COG、X7R、Z5U等。
根据MLCC的尺寸大小，可以分为1206，0805，0603，0402，0201等。
MLCC 的常见失效模式多层陶瓷电容器本身的内在可靠性十分优良，可以长时间稳定使用。
但如果器件本身存在缺陷或在组装过程中引入缺陷，则会对其可靠性产生严重影响。
陶瓷多层电容器失效的原因分为外部因素和内在因素内在因素主要有以下几种1.陶瓷介质内空洞(Voids)导致空洞产生的主要因素为陶瓷粉料内的有机或无机污染，烧结过程控制不当等。
空洞的产生极易导致漏电，而漏电又导致器件内部局部发热，进一步降低陶瓷介质的绝缘性能从而导致漏电增加。
该过程循环发生，不断恶化，严重时导致多层陶瓷电容器开裂、爆炸，甚至燃烧等严重后果。
2.烧结裂纹(firing crack)烧结裂纹常起源于一端电极，沿垂直方向扩展。
主要原因与烧结过程中的冷却速度有关，裂纹和危害与空洞相仿。
3.分层(delamination)多层陶瓷电容器的烧结为多层材料堆叠共烧。
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无源元件(passive component) 在电子产品中占有十分重要的地位。
虽然很多无源元件在整个电子产品中所占的物料价值并不高，但任何一个微不足道的元器件的失效都可能导致整个系统的失效。
一般电子产品中有源元器件(IC)和无源元件的比例约为1：10-20。
从该数据可以看出无源元件质量控制的重要性。
无源元件的类型很多，多层陶瓷电容器(MLCC)是其中最重要，也是用量最大的产品之一。
MLCC的典型结构中导体一般为Ag或AgPd，陶瓷介质一般为(SrBa)TiO3，多层陶瓷结构通过高温烧结而成。
器件端头镀层一般为烧结
Ag/AgPd，然后制备一层Ni阻挡层(以阻挡内部Ag/AgPd材料，防止其和外部Sn 发生反应)，再在Ni层上制备Sn或SnPb层用以焊接。
近年来，也出现了端头使用Cu的MLCC产品。
根据MLCC的电容数值及稳定性，MLCC划分出NP1、COG、 X7R、 Z5U等。
根据MLCC的尺寸大小，可以分为1206，0805，0603，0402，0201等。
MLCC 的常见失效模式
多层陶瓷电容器本身的内在可靠性十分优良，可以长时间稳定使用。
但如果器件本身存在缺陷或在组装过程中引入缺陷，则会对其可靠性产生严重影响。
陶瓷多层电容器失效的原因分为外部因素和内在因素
内在因素主要有以下几种：
1.陶瓷介质内空洞 (Voids)
导致空洞产生的主要因素为陶瓷粉料内的有机或无机污染，烧结过程控制不当等。
空洞的产生极易导致漏电，而漏电又导致器件内部局部发热，进一步降低陶瓷介质的绝缘性能从而导致漏电增加。
该过程循环发生，不断恶化，严重时导致多层陶瓷电容器开裂、爆炸，甚至燃烧等严重后果。
2.烧结裂纹 (firing crack)
烧结裂纹常起源于一端电极，沿垂直方向扩展。
主要原因与烧结过程中的冷却速度有关，裂纹和危害与空洞相仿。
3.分层 (delamination)
多层陶瓷电容器的烧结为多层材料堆叠共烧。
烧结温度可以高达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。
分层和空洞、裂纹的危害相仿，为重要的多层陶瓷电容器内在缺陷。
外部因素主要为：
1.温度冲击裂纹(thermal crack)
主要由于器件在焊接特别是波峰焊时承受温度冲击所致，不当返修也是导致温度冲击裂纹的重要原因。
2.机械应力裂纹(flex crack)
多层陶瓷电容器的特点是能够承受较大的压应力，但抵抗弯曲能力比较差。
器件组装过程中任何可能产生弯曲变形的操作都可能导致器件开裂。
常见应力源有：贴片对中，工艺过程中电路板操作；流转过程中的人、设备、重力等因素；通孔元器件插入；电路测试、单板分割；电路板安装；电路板定位铆接；螺丝安装等。
该类裂纹一般起源于器件上下金属化端，沿45℃角向器件内部扩展。
该类缺陷也是实际发生最多的一种类型缺陷。
MLCC器件的失效分析方法
扫描超声分析:
扫描超声方法是分析多层陶瓷电容器的最重要的无损检测方法。
可以十分有效地探测空洞、分层和水平裂纹。
由于超声的分析原理主要是平面反射，因而对垂直裂纹如绝大多数的烧结裂纹、垂直分量较大的弯曲裂纹的分辨能力不强。
同时一般多层陶瓷电容器的检测需要较高的超声频率。
图2为典型的空洞和分层的扫描超声检测结果。
甲醇检漏法:
对于严重的分层或开裂，可以使用甲醇检漏法，即将失效器件浸入甲醇溶液中。
由于甲醇为极性分子，且具有很强的渗透力，因而可以通过毛细管作用渗透进入严重分层或开裂部位。
加电后产生很大的漏电流，从而可帮助诊断。
金相剖面法:
金相剖面既是最经典，同时也是最有效的陶瓷电容器的失效分析方法。
其优点是通过剖面及相应的光学或扫描电子显微镜检测，可以得到失效部位的成分、形貌等精细结构，从而帮助失效机理的分析。
但其缺点是制备比较复杂，对制备技术要求比较高，同时为破坏性检测手段。
图3－5 为金相剖面分析多层陶瓷电容器的失效的典型案例。
多层陶瓷电容器的质量控制
多层陶瓷电容器的特点是在没有内在缺陷并且组装过程也未引入其它缺陷的前提下，可靠性优越。
但是如果存在缺陷，则无论是内在的还是外在的都可能对器件可靠性产生严重影响。
同时组装后的陶瓷电容器潜在缺陷很难通过无损、。