多层陶瓷电容（MLCC，Multi-Layer Ceramic Capacitor）是一种广泛使用的电子元件，特别是在高频和高温环境中。它们的失效模式与失效机理可以分为以下几种：

 

失效模式

 

短路失效：

 

在电压过高、温度过高或机械应力下，电容内部的陶瓷层可能会发生破裂，从而导致短路。

 

开路失效：

 

陶瓷材料的裂纹或剥离可能导致电容失效，特别是在温度循环或湿度环境下，可能会导致绝缘层失效，形成开路。

 

电容值漂移：

 

由于外部环境（如温度、湿度、施加电压等）变化，电容的电容量可能会发生明显漂移，影响电路性能。

 

温度过升：

 

过大的涡流或自身发热可能导致电容温度升高，甚至烧毁。

 

失效机理

 

材料疲劳：

 

多层陶瓷电容在长期使用中会受到温度、湿度和机械应力的影响，导致陶瓷材料逐渐疲劳，出现微裂纹，最终导致失效。

 

电场应力：

 

在施加高电压的情况下，电容内部分子会受到极化和应力，可能导致绝缘层失效或短路。陶瓷电容也同样会因为电应力过大导致失效，如超规格使用或MLCC本身耐电压不足。MLCC的电应力失效一般表现为短路。失效为过电应力导致电极熔融。

 

温度应力 等环境因素：

 

湿度、温度和污染物会影响陶瓷电容的性能，尤其是在高湿度环境中，可能导致电容内部吸湿，从而影响绝缘性。

 

 

热应力也会导致陶瓷热胀冷缩裂开。

 

 

机械应力：

 

在组装或使用过程中，陶瓷电容可能受到机械应力（如焊接过程中的应力）影响，导致材料结构受损。

 

机械应力：MLCC的特点是能够承受较大的压应力，但陶瓷介质层的脆性决定了其抗弯曲能力较差，因此在实际使用过程中由于PCB变形引起陶瓷体出现裂纹的情况很多。PCB板组装过程任何可能的弯曲变形操作都可能导致MLCC开裂，常见应力源有贴片过程中吸嘴产生的撞击、单板分割、螺丝安装等。该类裂纹一般起源于元件上下金属化端，沿45°角向器件内部扩展。

 

此种失效的可能性很多，以下这些环节可能造成机械应力失效。

 

①贴装应力，主要是由于真空拾放头或对中夹具引起的损伤。

 

②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。

 

③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。

 

④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

 

⑤焊接后变形的PCB，过度的基材弯曲和元器件的应力。

 

⑥PCB在安装的过程中，受到应力有可能导致MLCC受力。例如，电路板螺丝固定时，多个固定点应力分布不均引起板变形致使电容器开裂；PCB分板应力、板级测试单手持板、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机械应力。

 

预防措施

 

选择合适的电容：

 

根据电路需求选择合适规格的电容，确保其额定电压和工作温度范围适合使用环境。

 

设计考虑：

 

在电路设计中考虑电容的布局，避免机械应力集中，并采取适当的封装设计以降低环境影响。

 

测试与质量控制：

 

进行可靠性测试，如温度循环、湿度测试等，以确保电容在实际使用条件下的稳定性。

 

避免超负荷使用：

 

避免在电容额定值范围外工作，尤其是在电压和温度上要严格控制。

 

来源：硬十

关键词： 电容