电容失效模式和机理
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；
④半密封电容器机械密封不良；
⑤半密封电容器引线表面不够光洁；
⑥工作电解液腐蚀焊点。
3.1.5 引起电容器引线腐蚀或断裂的主要原因
①高温度环境中电场作用下产生电化学腐蚀；
②电解液沿引线渗漏，使引线遭受化学腐蚀；
③引线在电容器制造过程中受到机械损伤；
④引线的机械强度不够。
3.1.6 引起电容器绝缘子破裂的主要原因
①机械损伤；
②玻璃粉绝缘子烧结过程中残留热力过大；
③焊接温度过高或受热不均匀。
3.1.7 引起绝缘子表面飞弧的主要原因
①绝缘子表面受潮，使表面绝缘电阻下降；
②绝缘子设计不合理
③绝缘子选用不当
④环境气压过低
电容器击穿、开路、引线断裂、绝缘子破裂等使电容器完全失去工作能力的失效属致命性失效，其余一些失效会使电容不能满足使用要求，并逐渐向致命失效过渡；电容器在工作应力与环境应力综合作用下，工作一段时间后，会分别或同时产生某些失效模式。同一失效模式有多种失效机理，同一失效机理又可产生多种失效模式。失效模
式与失效机理之间的关系不是一一对应的。
3.2 电容器失效机理分析
3.2.1潮湿对电参数恶化的影响
空气中湿度过高时，水膜凝聚在电容器外壳表面，可使电容器的表面绝缘电阻下降。此处，对于半密封结构电容器来说，水分还可渗透到电容器介质内部，使电容器介质的绝缘电阻绝缘能力下降。因此，高温、高湿环境对电容器参数恶化的影响极为显著。经烘干去湿后电容器的电性能可获改善，但是水分子电解的后果是无法根除的。例如：电容器工作于高温条件下，水分子在电场作用下电解为氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-），引线根部产生电化学腐蚀。即使烘干去湿，也不可能引线复原。
3.2.2银离子迁移的后果
无机介质电容多半采用银电极，半密封电容器在高温条件下工作时，渗入电容器内部的水分子产生电解。在阳极产生氧化反应，银离子与氢氧根离子结合生成氢氧化银。在阴极产生还原反应、氢氧化银与氢离子反应生成银和水。由于电极反应，阳极的银离子不断向阴极还原成不连续金属银粒，靠水膜连接成树状向阳极延伸。银离子迁移不仅发生在无机介质表面，银离子还能扩散到无机介质内部，引起漏电流增大，严重时可使两个银电极之间完全短路，导致电容器击穿。银离子迁移可严重破坏正电极表面银层，引线焊点与电极表面银层之间，间隔着具有半导体性质的氧化银，使无机介质电容器的等效串联电阻增大，金属部分损耗增加，电容器的损耗角正切值显著上升。由
于正电极有效面积减小，电容器的电容量会因此而下降。表面绝缘电阻则因无机介质电容器两电极间介质表面上存在氧化银半导体而降低。银离子迁移严重时，两电极间搭起树枝状的银桥，使电容器的绝缘电阻大幅度下降。综上所述，银离子迁移不仅会使非密封无机介质电容器电性能恶化，而且可能引起介质击穿场强下降，最后导致电容器击穿。值得一提的是：银电极低频陶瓷独石电容器由于银离子迁移而引起失效的现象比其他类型的陶瓷介质电容器严重得多，原因在于这种电容器的一次烧成工艺与多层叠片结构。银电极与陶瓷介质一次烧结过程中，银参与了陶瓷介质表面的固相反应，渗入了瓷-银接触处形成界面层。如果陶瓷介质不够致密，水分渗入后，银离子迁移不仅可以在陶瓷介质表面发生，还可能穿透陶瓷介质层。多层叠片结构的缝隙较多，电极位置不易精确，介质表面的留边量小，叠片层两端涂覆外电极时银浆渗入缝隙，降低了介质表面的绝缘电阻，并使电极之间的路径缩短，银离子迁移时容易产生短路现象。
3.2.3 高湿度条件下陶瓷电容器击穿机理
半密封陶瓷电容器在高湿度环境条件下工作时，发生击穿失效是比较普遍的严重问题。所发生的击穿现象大约可以分为介质击穿和表面极间飞弧击穿两类。介质击穿按发生时间的早晚又可分为早期击穿与老化击穿两种。早期击穿暴露了电容介质材料与生产工艺方面存在的缺陷，这些缺陷导致陶瓷介质电强度显著降低，以致于在高湿度环境中电场作用下，电容器在耐压试验过程中或工作初期，就产生电击穿。老化击穿大多属于电化学击穿范畴。由于陶瓷电容器银的迁
移，陶瓷电容器的电解老化击穿已成为相当普遍的问题。银迁移形成的导电树枝状物，使漏电流局部增大，可引起热击穿，使电容器断裂或烧毁。热击穿现象多发生在管形或圆片形的小型瓷介电容器中，因为击穿时局部发热厉害，较薄的管壁或较小的瓷体容易烧毁或断裂。此外，以二氧化钛为主的陶瓷介质中，负荷条件下还可能产生二氧化钛的还原反应，使钛离子由四价变为三价。陶瓷介质的老化显著降低了电容器的介电强度，可能引起电容器击穿。因此，这种陶瓷电容器的电解击穿现象比不含二氧化钛的陶瓷介质电容器更加严重。银离子迁移使电容器极间边缘电场发生严重畸变，又因高湿度环境中陶瓷介质表面凝有水膜，使电容边缘表面电晕放电电压显著下降，工作条件下产生表面极间飞弧现象。严重时导致电容器表面极间飞弧击穿。表面击穿与电容结构、极间距离、负荷电压、保护层的疏水性与透湿性等因素有关。主要就是边缘表面极间飞弧击穿，原因是介质留边量较小，在潮湿环境中工作时银离子迁移和表面水膜形成使电容器边缘表面绝缘电阻显著下降，引起电晕放电，最终导致击穿。高湿度环境中尤其严重。由于银离子迁移的产生与发展需要一段时间，所以在耐压试验初期，失效模式以介质击穿为主，直到试验500h以后，主要失效模式才过渡为边缘表面极间飞弧击穿。
3.2.4 高频精密电容器的低电平失效机理
云母是一种较理想的电容器介质材料，具有很高的绝缘性能，耐高温，介质损耗小，厚度可薄达25微米。云母电容器的主要优点是损耗小，频率稳定性好、分布电感小、绝缘电阻大，特别适合在高频
通信电路中用做精密电容器。但是，云母资源有限，难于推广使用。近数十年内，有机薄膜电容器获得迅速发展，其中聚苯乙烯薄膜电容器具有损耗小、绝缘电阻大、稳定性好、介质强度高等优点。精密聚苯乙烯电容器可代替云母电容器用于高频电路。需要说明的是：应用于高频电路中的精密聚苯乙烯电容器，一般采用金属箔极板，以提高绝缘电阻与降低损耗。
电容器的低电平失效是20世纪60年代以来出现的新问题。低电平失效是指电容器在低电压工作条件下出现的电容器开路或容量下降超差等失效现象。60年代以来半导体器件广泛应用，半导体电路电压比电子管电路低得多，使电容器的实际工作电压在某些电路中仅为几毫伏，引起电容器低电平失效，具体表现是电容器完全丧失电容量或部分丧失电容量。对于低电平冲击，使电容器的电容量恢复正常。产生低电平失效的原因主要在于电容器引出线与电容器极板接触不良，接触电阻增大，造成电容器完全开路或电容量幅度下降。
精密聚苯乙烯薄膜电容器一般采用铝箔作为极板，铜引出线与铝箔极板点焊在一起。铝箔在空气中极易氧化；极板表面生成一层氧化铝半导体薄膜，在低电平条件下氧化膜层上的电压不足以把它击穿，因而铝箔间形成的间隙电容量的串联等效容量，间隙电容量愈小，串联等效容量也愈小。因此，低电平容量取决于极板表面氧化铝层的厚薄，氧化铝层愈厚，低电平条件下电容器的电容量愈小。此外，电容器在交流电路中工作时，其有效电容量会因接触电阻过大而下降，接触电阻很大时有效电容量可减小到开路的程度。即使极板一引线间不
存在导电不良的间隔层，也会产生这种后果。引起精密聚苯乙烯电容器低电平失效的具体因素归纳如下：
①引线表面氧化或沾层太薄，以致焊接不牢；
②引线与铝箔点焊接不良，没有消除铝箔表面点焊处的氧化铝膜层；
③单引线结构的焊点数过少，使出现低电平失效的概率增大；
④粗引线根部打扁部分接触面积虽然较大，但点焊后焊点处应力也较大，热处理或温循过程中，可能损伤接触部位，恶化接触情况；
⑤潮气进入电容器芯子，氧化腐蚀焊点，使接触电阻增大。
引起云母电容器低电平失效的具体因素归纳如下：
①银电极和引出铜箔之间以及铜箔和引线卡之间存在一层很薄的地腊薄膜。低电平条件下，外加电压不足以击穿这层绝缘膜，产生间隙电容，并使接触电阻增大；
②银电极和铜箔受到有害气体侵蚀，使接触电阻增大。在潮湿的硫气环境中银和铜容易硫化，使极板与引线间的接触电阻上升。
3.2.5金属化纸介电容失效机理
金属化纸介电容器的极板是真空蒸发在电容器纸表面的金属膜
A、电参数恶化失效
“自愈”是金属化电容器的一个独特优点，但自愈过程颇为复杂，自愈虽能避免电容器立即因介质短路而击穿，但自愈部位肯定会出现金属微粒迁移与介质材料受热裂解的现象。电容器纸由纤维组成，纤维素是碳水化合物类的高分子物质。在高温下电容器纤维素解成游离状态的碳原子或碳离子，使自愈部位表面导电能力增加，导致电容器
电阻下降、损耗增大与电容减小。严重时可使电容器因电参数恶化程度超过技术条件许可范围而失效。另外其展会品牌度相当高，业内推荐。金属化纸介电容器在低于额定工作电压的条件下工作时，自愈能量不足，电容器纸中存在的导电杂质在电场作用于下形成低阻通路，也可导致电容器绝缘电阻降低和损耗增大。
电容器纸是多孔性的极性有机介质材料，极易吸收潮气。电容器芯子虽浸渍处理，但如果工艺不当或浸渍不纯，或在电场作用下工作相当时间后产生浸渍老化现象，则电容器的绝缘电阻将因此降低，损耗也将因此增大。
电容量超差失效产金属化纸介电容器的一种失效形式。在高温条件下储存时金属化纸介电容器可能因电容量增加过多而失效，在高温条件下加电压工作时又可能因电容量减少过多而失效。高温储存时半密封型金属化纸介电容器免不了吸潮，水是强极性物质，其介电常数接近浸渍电容器介电常数的20倍。因此，少量潮气侵入电容器芯子，也会引起电容量显著增大。烘烤去湿后电容呈会有所下降。如果电容器在高温环境中工作，则水分和电场的共同作用会使金属膜电极产生电解性腐蚀，使极板有效面积减小与极板电阻增大，导致电容量大幅度下降。如果引线与金属膜层接触部位产生腐蚀，则接触电阻增大，电容器的有效电容量将更进一步减小。个别电容器的电容量可降到接近于开路的程度。
B、引线断裂失效
金属化纸介电容器在高湿环境中工作时，电容器正端引线根部会
遭到严重腐蚀，这种电解性腐蚀导致引线机械强度降低，严重时可造成引线断裂失效。
3.2.6铝电解电容器的失效机理
铝电解电容器正极是高纯铝，电介质是在金属表面形成的三氧化二铝膜，负极是黏稠状的电解液，工作时相当一个电解槽。铝电解电容器常见失效模式有：漏液、爆炸、开路、击穿、电参数恶化等，有关失效机理分析如下。
A、漏液
铝电解电容器的工作电解液泄漏是一个严重问题。工作电解液略呈现酸性，漏出的工作电解液严重污染和腐蚀电容器周围的其他元器件和印刷电路板。同时电解电容器内部，由于漏液而使工作电解液逐渐干涸，丧失修补阳极氧化膜介质的能力，导致电容器击穿或电参数恶化而失效。产生漏液的原因很多，主要是铝电解电容器密封不佳。采用铝负极箔夹在外壳边与封口板之间的封口结构时很容易在壳边渗漏电解液。采用橡胶塞密封的电容器，也可能因橡胶老化、龟裂而引起漏液。此外，机械密封工艺有问题的产品也容易漏液。总之，漏液与密封结构、密封材料与密封工艺有密切的关系。
B、爆炸
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气体的速率较快，大部分气体用于修补阳极氧化膜，少部分氧气储存在电容器壳内。工作时间愈长，漏电流愈大，壳内气体愈
多，温度愈高。电容器金属壳内外的气压差值将随工作电压和工作时间的增加而增大。如果产品密封不佳，则将造成漏液；如果密封良好，又没有任何防爆措施，则气压增大到一定程度就会引起电容器爆炸。高压大容量电容器的漏电流较大，爆炸可能性更大。目前，已普遍采用防爆外壳结构，在金属外壳上部增加一道褶缝，气压高时将褶缝顶开，增大壳内容积，从而降低气压，减少爆炸危险。
C、开路
铝电解电容器在高温或潮热环境中长期工作时可能出现开路失效，其原因在于阳极引出箔片遭受电化学腐蚀而断裂。对于高压大容量电容器，这种失效模式较多。此外，阳极引出箔片和阳极箔铆接后，未经充分平，则接触不良会使电容器出现间歇开路。铝电解电容器内采用以DMF（二甲基酰胺）为溶剂的工作电解液时，DMF溶液是氧化剂，在高温下氧化能力更强。工作一段时间后可能因阳极引出箔片与焊片的铆接部位生成氧化膜而引起电容器开路。如果采用超声波焊接机把引出箔片与焊点在一起，可则减少这类失效现象。
D、击穿
铝电解电容器击穿是由于阳极氧化铝介质膜破裂，导致电解液直接与阳极接触而造成的。氧化铝膜可能因各种材料，工艺或环境条件方面的原因而受到局部损伤。在外加电场的作用下工作电解液提供的氧离子可在损伤部位重新形成氧化膜，使阳极氧化膜得以填平修复。但是如果在损伤部位存在杂质离子或其他缺陷，使填平修复工作无法完善，则在阳极氧化膜上会留下微孔，甚至可能成为穿透孔，使铝电
解电容器击穿。
此外，随着使用和储存时间的增长，电解液中溶剂逐渐消耗和挥发，使溶液酸值上升，在储存过程中对氧化膜层发生腐蚀作用。同时，由于电解液老化与干涸，在电场作用下已无法提供氧离子修补氧化膜，从而丧失了自愈作用，氧化膜一经损坏就会导致电容器击穿。工艺缺陷也是铝电解电容器击穿的一个主要原因。
如果赋能过程中形成的阳极氧化膜不够致密与牢固，在后续的裁片、铆接工艺中又使氧化膜受到严重损伤。这种阳极氧化膜难以在最后的老炼工序中修补完善，以致电容器使用过程中，漏电流很大，局部自愈已挽救不了最终击穿的命运。又如铆接工艺不佳时，引出箔条上的毛剌严重剌伤氧化膜，刺伤部位漏电流很大，局部过热使电容器产生热击穿。
E、电参数恶化
A、电容量下降与损耗增大
铝电解电容器的电容量在工作早期缓慢下降，这是由于负荷过程中工作电解液不断修补并增厚阳极氧化膜所致。铝电解电容器在使用后期，由于电解液耗损较多、溶液变稠，电阻率因黏度增大而上升，使工作电解质的等效串联电阻增大，导致电容器损耗明显增大。同时，黏度增大的电解液难于充分接触经腐蚀处理的凹凸不平铝箔表面上的氧化膜层，这样就使铝电解电容器的极板有效面积减小，引起电容量急剧下降。这也是电容器使用寿命临近结束的表现。
此外，如果工作电解液在低温下黏度增大过多，也会造成损耗增大与
电容量急剧下降的后果。硼酸一乙二醇系统工作电解液的低温性能不佳，黏度过大导致等效串联电阻激增，使损耗变大和有效电容量骤减，从而引起铝电解电容器在严寒环境中使用时失效。
B、漏电流增加
漏电流增加往往导致铝电解电容器失效。赋能工艺水平低，所形成的氧化膜不够致密与牢固，开片工艺落后，氧化膜损伤与沾污严重，工作电解液配方不佳，原材料纯度不高，电解液的化学性质与电化学性质难以长期稳定，铝箔纯度不高，杂质含量多……这些因素均可能造成漏电流超差失效。
铝电解电容器中氯离子沾污严重，漏电流导致沾污部位氧化膜分解，造成穿孔，促使电流进一步增大。此外，铝箔的杂质含量较高，一般铁杂质颗粒的尺寸大于阳极氧化膜的厚度，使电流易于传导。铜与硅杂质的存在影响铝氧化物向晶态结构转变。铜和铝还可在电解质内组成微电池，使铝箔遭到腐蚀破坏。总之，铝箔中金属杂质的存在，会使铝电解电容器漏电流增大，从而缩短电容器的寿命。
年底了，整理此文纪念以往的工作，以感谢素昧平生的老师和朋友！
典型电子元器件失效分析方法
典型电子元器件失效分析方法 纵观当今电子信息技术发展状况，自进入二十世纪后期以来发展尤为猛烈，而电子元器件作为发展电子信息技术的基础，一直扮演着十分重要的角色。于是，了解电子元器件失效分析是人们一直关心的问题，那么这次华强北IC代购网就为大家简要的介绍几种典型电子元器件失效分析方法。 1、微分析法 (1)肉眼观察是微分析技术的第一步，对电子元器件进行形貌观察、线系及其定位失准等，必要时还可以借助仪器，例如：扫描电镜和透射电子显微镜等进行观察； (2)其次，我们需要了解电子元器件制作所用的材料、成分的深度分布等信息。而AES、SIMS和XPS仪器都能帮助我们更好的了解以上信息。不过，在作AES测试时，电子束的焦斑要小，才能得到更高的横向分辨率； (3)最后，了解电子元器件衬底的晶体取向，探测薄膜是单晶还是多晶等对其结构进行分析是一个很重要的方面，这些信息主要由XRD结构探测仪来获取。 2、光学显微镜分析法 进行光辐射显微分析技术的仪器主要有立体显微镜和金相显微镜。将其两者的技术特点结合使用，便可观测到器件的外观、以及失效部位的表面形状、结构、组织、尺寸等。亦可用来检测芯片击穿和烧毁的现象。此外我们还可以借助具有可提供明场、暗场、微干涉相衬和偏振等观察手段的显微镜辅助装置，以适应各种电子元器件失效分析的需要。 3、红外显微分析法
与金相显微镜的结构相似，不同的是红外显微镜是利用近红外光源，并采用红外变像管成像，利用此工作原理不用对芯片进行剖切也能观察到芯片内部的缺陷及焊接情况。 红外显微分析法是针对微小面积的电子元器件，在对不影响器件电学特性和工作情况下，利用红外显微技术进行高精度非接触测温方法，对电子元器件失效分析都具有重要的意义。 4、声学显微镜分析法 电子元器件主要是由金属、陶瓷和塑料等材料制成的，因此声学显微镜分析法就是基于超声波可在以上这些均质传播的特点，进行电子元器件失效分析。此外，声学显微镜分析法最大的特点就是，能观察到光学显微镜无法看到的电子元器件内部情况并且能提供高衬度的检测图像。 以上是几种比较常见的典型电子元器件失效分析方法，电子元器件失效一直都是历久弥新的话题，而对电子元器件失效分析是确定其失效模式和失效机理的有效途径之一，对电子元器件的发展具有重要的意义。
电容失效分析详解
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。
电容失效模式和机理
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；
《铝电解电容器的失效情况及预防措施》
《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
电子元器件失效性分析
电子元器件失效性分析与应用 赵春平公安部第一研究所 摘要： 警用装备作为国内特种装备制造业之一，其可靠性、精确性要求非一般企业及产品所能满足，因其关系到现场使用者及人民的生命财产安全，故设备选材更是严之又严。电子元器件作为警用电子系统的基础及核心部件，它的失效及潜在缺陷都将对装备的可靠性产生重要影响；电子器件失效分析的目的是通过确定失效模式和失效机理，提出对策、采取措施，防止问题出现，失效分析对于查明元器件的失效原因并及时向设计者反馈信息是必须的。随着警用装备制造水平的不断进步，元器件的可靠性问题越来越受到重视，设备研制单位和器件生产厂家对失效分析技术及工程实践经验的需求也越来越迫切。 关键词：警用装备、可靠性、失效模式、失效机理。 一、失效分析的基本内容，定义和意义 1．1失效分析的基本内容 电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序认定器件的失效现象，判断其失效模式和机理，从而确定失效原因，对后续设计提出建议，在生产过程中改进生产工艺，器件使用者在系统设计时改进电路设计，并对整机提出相应测试要求、完成测试。因此，失效分析对元器件的研制速度、整机的可靠性有着重要意义。 1.2失效的分类 在实际使用中，可以根据需要对失效做适当分类：按模式分为：开路、短路、无功能、特性退化、重测合格；按原因分为：误用失效、本质失效、早起失效、偶然失效、耗损失效、自然失效；按程度分为：完全失效、局部失效、按时间分为：突然失效、渐变失效、退化失效；按外部表现分为：明显失效、隐蔽失效等。 二、失效的机理、模式 2.1失效的机理 由于电子器件的失效主要来自于产品制造、实验、运输、存储、使用等一系列过程中发生的情况，与材料、设计、制造、使用密切相关。且电子元器件种类繁多，故失效机理也很多，失效机理是器件失效的实质原因，在此说明器件是如何失效，相当于器件失效的物理和化学过程，从而表现出来性能、性质（如腐蚀、疲劳、过应力等）。元器件主要失效机 理有： 2.1.1过应力（EOS）： 指元器件承受的电流、电压应力或功率超过了其允许的最大范围。 2.1.2静电损伤（ESD） 指电子器件在加工生产、组装、贮存、运输中与可能带静电的容器、测试及操作人员接触，所带经典经过器件引脚放电到地面，使器件收到损伤或失效。
电阻器常见的失效模式与 失效机理
电阻器常见的失效模式与失效机理失效模式:各种失效的现象及其表现的形式。 失效机理:是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。 1、电阻器的主要失效模式与失效机理为: 1)开路:主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。 2)阻值漂移超规范:电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。 3)引线断裂:电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。 4)短路:银的迁移，电晕放电。 2、失效模式占失效总比例表 (1)、线绕电阻 失效模式占失效总比例 开路90% 阻值漂移2% 引线断裂7% 其它1% (2)、非线绕电阻 失效模式占失效总比例 开路49% 阻值漂移22% 引线断裂17% 其它7% 3、失效机理分析 电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。 (1)、导电材料的结构变化:
薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无 定型结构。按热力学观点，无定型结构均有结晶化趋势。在工作条件或环境条 件下，导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化，也即导电材料内 部结构趋于致密化，能常会引起电阻值的下降。结晶化速度随温度升高而加快。 电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生畸变，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。一般可采用热处理方法消除内应力，残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除，电阻器的阻值则可能因 此发生变化。 结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓，但不可能在电阻器 使用期间终止。可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。 电负荷高温老化:任何情况，电负荷均会加速电阻器老化进程，并且电负 荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著，原因是电阻体 与引线帽接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。通常温度每升高10℃， 寿命缩短一半。如果过负荷使电阻器温升超过额定负荷时温升50℃，则电阻 器的寿命仅为正常情况下寿命的1/32。可通过不到四个月的加速寿命试验， 即可考核电阻器在10年期间的工作稳定性。 直流负荷-电解作用:直流负荷作用下，电解作用导致电阻器老化。电解 发生在刻槽电阻器槽内，电阻基体所含的碱金属离子在槽间电场中位移，产生 离子电流。湿气存在时，电解过程更为剧烈。如果电阻膜是碳膜或金属膜，则 主要是电解氧化;如果电阻膜是金属氧化膜，则主要是电解还原。对于高阻薄 膜电阻器，电解作用的后果可使阻值增大，沿槽螺旋的一侧可能出现薄膜破坏 现象。在潮热环境下进行直流负荷试验，可全面考核电阻器基体材料与膜层的 抗氧化或抗还原性能，以及保护层的防潮性能。 (2)、气体吸附与解吸: 膜式电阻器的电阻膜在晶粒边界上，或导电颗粒和黏结剂部分，总可能 吸附非常少量的气体，它们构成了晶粒之间的中间层，阻碍了导电颗粒之间的 接触，从而明显影响阻值。 合成膜电阻器是在常压下制成，在真空或低气压工作时，将解吸部分附 气体，改善了导电颗粒之间的接触，使阻值下降。同样，在真空中制成的热分 解碳膜电阻器直接在正常环境条件下工作时，将因气压升高而吸附部分气体，
陶瓷电容MLCC漏电失效分析
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。 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
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)
片式电阻的主要失效机理与失效模式
片式电阻的主要失效机理与失效模式 1．什么是片式电阻，片式电阻的概念。 片式电阻器又称为片式电阻，也叫表面贴装电阻，它与它片式元器件（SMC 及SMD）一样，是适用于表面贴装技术（SMT）的新一代无引线或短引线微型电子元件。其引出端的焊接面在同一平面上。片式电阻在电路内的主要作用是降低电压，分担一部分电压即分压，限流保护电路，分流等，也可以用做时间电路元件和传感器等。 2.片式电阻的特性及分类。 表面组装的电阻器是表面组装元气件的组成之一，它属于无源元件，其作用主要供厚膜、薄膜电路作外贴元件用。它一般按两种方式进行分类。按特性与材料分类分为：厚膜电阻、薄膜电阻。按外形结构分类分为：矩形片式电阻、圆柱片式电阻、异形电阻。矩形片式电阻的结构如下图（a）： （a）矩形片式电阻结构示意图 2.1矩形片式电阻结构介绍： 矩形片式电阻由基板、电阻膜、保护膜、电极四大部分组成。 基板：基板材料一般使用96％的Al2O3（三氧化二铝）陶瓷。基本应具体有
良好的电绝缘性，在高温下具有良好的导热性、电性能和一定强度的机械性能。电阻膜：电阻膜是用具有一定电阻率的电阻浆料印刷在陶瓷基本上的，在经过烧结而形成厚膜电阻。电阻浆料一般用RuO2（二氧化钉）。近年来开始使用贱金属系的电阻浆料，比如氧化系（TaN-Ta）、碳化系(WC-W)和Cu系材料，目的是降低成本。 保护膜：将保护膜覆盖在电阻膜上，保护膜的主要作用是保护电阻。它一方面起机械保护作用，另一方面使电阻体表面具有绝缘性，避免电阻与邻近导体接触而产生故障。保护膜一般是低熔点的玻璃浆料，进过印刷烧结而成。 电极：电极是为了保证电阻器具有良好的可焊性和可靠性，一般采用三层电极结构：内层电极、中间电极、外层电极。内层电极作用：连接电阻体的内部电极。中间电极是镀镍层，其阻挡作用，提高电阻散热，缓冲焊接的热冲击。外层电极是锡铅层，主要作用是使电极具有可焊性。 3片式电阻常见的失效模式与失效机理。 图（1）线绕电阻失效总比例图（2）非线绕电阻失效总比例 片式电阻的主要失效模式与失效机理为： 1) 开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体受力发生断裂，引线帽与电阻体发生脱落。
电容器的基础知识及失效模式
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
电子元器件失效模式总结
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。
(整理)陶瓷电容失效分析
多层陶瓷电容器(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。
常见的电子元器件失效机理与分析
常见的电子元器件失效机理与分析 电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情，比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间，有时甚至炸机。 硬件工程师调试爆炸现场 所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。 电阻器失效 失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。 电阻器的失效模式与机理 ?开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。 ?阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。?引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。 ?短路：银的迁移，电晕放电。 失效模式占失效总比例表 ?线绕电阻： ?非线绕电阻：
失效模式机理分析电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。 ?导电材料的结构变化： 薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。按热力学观点，无定型结构均有结晶化趋势。在工作条件或环境条件下，导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化，也即导电材料内部结构趋于致密化，能常会引起电阻值的下降。结晶化速度随温度升高而加快。 电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生畸变，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。一般可采用热处理方法消除内应力，残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除，电阻器的阻值则可能因此发生变化。结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓，但不可能在电阻器使用期间终止。可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。 电负荷高温老化：任何情况，电负荷均会加速电阻器老化进程，并且电负荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著，原因是电阻体与引线帽接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。通常温度每升高10℃，寿命缩短一
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(包括电容量超差、损耗角正切值增大、绝缘性能下降或漏电流上下班升等)、漏液、引线腐蚀或断裂、绝缘子破裂或表面飞弧等.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. (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大. (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一升; 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半密封电容器引线表面不够光洁; ⑥工作电解液腐蚀焊点. (5) 引起电容器引线腐蚀或断裂的主要原因 ①高温度环境中电场作用下产生电化学腐蚀; ②电解液沿引线渗漏,使引线遭受化学腐蚀;
液态铝电解电容器的失效机理及可靠性研究
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
光电子元器件的失效模式和失效机理
光电子元器件的失效模式和失效机理 朱炜容 1.1 光电子器件的分类 在光电子技术中，光电子元器件包括光源器件以及光探测器件。其中光源器件主要有发光二极管和激光器。光探测器件主要是光电二极管。作为电气元件，光纤和光缆也是光电子技术中不可缺少的组成元件。 1.2 激光器的失效模式及失效机理 随着工作时间的增加，半导体激光器的工作性能将会劣化，发射功率和效率下降，有时还会发生突然失效的灾变性损坏。造成半导体激光器退化的原因除了其本身的因素外，还有使用温度、工作条件等环境因素。 一、暗线缺陷 暗线缺陷是激光器工作时形成的缺陷网络，这些缺陷最终会导致发射功率的下降。暗线缺陷的形成除了材料、工艺过程中会引入外，其形成过程与温度有很大的关系，它所引起的退化速率强烈地依赖于温度。 二、腔面损伤退化 腔面的损伤退化一般有灾变性退化和化学腐蚀损伤退化。 在高功率密度激光的作用下，由于局部过热、氧化、腐蚀、介质膜的针孔和杂质等因素使腔面遭受损伤，从而使局部电流密度增加，局部大量发热，在热电正反馈的作用下，最终腔面局部熔融，导致灾难性的损伤，器件完全失效。 腔面的化学腐蚀是由于光化学作用使腔面表面发生氧化，并形成局部缺陷，导致腔面局部发热，使激光器性能退化甚至失效。 三、电极退化 高功率半导体激光器的欧姆接触退化和热阻退化与其他电子器件的电极退化相似。电极金属和半导体材料间存在互扩散，在烧结的部位，孔洞和晶须的生长现象是常见的退化模式。另外，热应力导致的电极损伤也很常见。由于电极远离器件的有源区，电极退化对器件特性的影响一般在老化或工作一定时间后再表现出来。
半导体激光器的工作性能对温度非常敏感，温度升高将加速暗线缺陷的生长，腔面氧化等失效机理，严重影响激光器的寿命。激光器的转换效率不高，自身的功耗很大，因此降低热阻是提高激光器寿命和可靠性的主要方法之一。芯片电极烧结质量的好坏不但影响了热阻的大小，而且还关系到电极的电阻，因为激光器在正常工作时，其一般工作电流为几十甚至上百安培，即使是很小的电极电阻，也将产生很大的热功耗，减小电极电阻可以减小激光器本身的热功耗。此外，烧结工艺控制不好会造成焊料沾污腔面、焊料导致pn结短路以及烧结应力导致芯片损伤等。因此电极的烧结质量与半导体激光器的性能、稳定性和可靠性紧密相关。 1.3 光电二极管的失效模式和失效机理 光电二极管的失效模式主要有：结构损伤、光纤断裂、开路、短路、性能参数退化（暗电流上升、响应度降低、击穿电压降低等）和IV特性变化等。 引起这些失效的主要原因如下： 1、结构损伤 整个光电二极管结构由于外力导致构成器件的各有机组成部分产生大的机械变形、位移，严重影响到器件的使用性能或致使器件失去规定的功能。这些外形结构的损伤失效容易通过目检并结合使用环境来判定。 1）机械应力如震动、冲击、碰撞、压力，可能会导致二极管的结构变形毁坏，外引线脱（断）落，光窗破裂，光纤塑套皱缩，纤芯断裂等失效。 2）热应力容易导致器件不同性质的材料之间因热膨胀系数的差异而位移、形变，从而导致结构（绝缘子、光窗、封边等）漏气、光纤位移甚至脱落。 3）高湿环境中器件金属表面容易受到电化学腐蚀，导致光窗脱落、封边漏气、外引出端及其与管脚间的绝缘电阻降低。 2、光纤断裂 1）各方向的应力超过了光纤承受的限度。 2）与金属或陶瓷插针粘接的光纤纤芯因机械或热应力作用导致光纤在插针结合部位断裂或损伤。
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。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。