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。
外在因素主要有以下两个方面： 1. 温度冲击裂纹
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
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。
四． MLCC 的失效分析方法：
1. 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。
2. 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
3．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。
五． 预防措施
多层陶瓷电容器的质量控制主要必须通过预防性措施解决。常见预防措施包括：
1. 对供应商进行认真选择、对其产品进行定期抽样检测等，主要是高温实验、 热冲击实验及弯曲实验，来考察贴片电容的抗热冲击能力及抗弯曲能力。当然陶瓷电容器还有很多其它检测指标，可根据具体情况增加或减少检查项目，以达到用最低的成本达到最有效的控制。
2. 对组装工艺中所有可能导致热应力、机械应力的操作进行认真的分析及有效的控制。首先要监控回流或波峰焊温度曲线，一般器件工艺商都会提供相关的建议曲线。通过组装良品率的积累和分析，可以得到优化的温度曲线。其次，在组装工艺中印刷线路板操作和流转过程中特别是手工插件、铆钉连接、手工切割等工艺需要特别加以注意。必要时甚至需要对产品设计进行修改，以最大限度地使多层陶瓷电容器避开在工艺过程中可能产生较大机械应力的
区域。另外功能测试时要尽量减小测试点机械接触所带来的机械应力。最后返修过程需要特别注意烙铁温度的及焊接时间的控制。
3．PCB 的选择要尽量选Tg 较高的PCB 板，可减少PCB 的弯曲，并使贴片电容受到的应力降到最低。
4．MLCC 器件的排版最好远离高温发热器件，避免因过于频繁的温度循环对贴片的可靠性有一定的影响。
六． 典型案例 案例一：2003年，某HID 变频板有一位置贴片电容售后反馈不良率较高，但查工厂生产过程中并未发现有此电容损坏的迹象，疑为生产过程中电容已经受到伤害，但未表现出来，在调查生产过程时发现，波峰焊接的预热温度为82~85度，焊接温度为245度，两个温区的温度差为160度，如此高的温差很容易对电容造成一些隐性的伤害，后来将预热区的温度提高到110度左右，跟踪售后反馈不良呈下降趋势，现在不良基本已没有。
案例二：2004年，背投某HID 机型售后反馈某位置贴片电容不良率较高，生产过程中也有一定比例的不良，此贴片电容的体积较一般要大，为1206，PCB 板也较大，且此PCB 板为纸基，Tg 较低，易发生形变，对贴片电容的伤害较大，而且主板做功能测试时也容易变形，两种原因使此贴片不良率偏高，最后决定将此位置的电容由贴片电容改为通孔器件，已无不良。
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。
外在因素主要有以下两个方面： 1. 温度冲击裂纹
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
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。
四． MLCC 的失效分析方法：
1. 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。
2. 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
3．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。
五． 预防措施
多层陶瓷电容器的质量控制主要必须通过预防性措施解决。常见预防措施包括：
1. 对供应商进行认真选择、对其产品进行定期抽样检测等，主要是高温实验、 热冲击实验及弯曲实验，来考察贴片电容的抗热冲击能力及抗弯曲能力。当然陶瓷电容器还有很多其它检测指标，可根据具体情况增加或减少检查项目，以达到用最低的成本达到最有效的控制。
2. 对组装工艺中所有可能导致热应力、机械应力的操作进行认真的分析及有效的控制。首先要监控回流或波峰焊温度曲线，一般器件工艺商都会提供相关的建议曲线。通过组装良品率的积累和分析，可以得到优化的温度曲线。其次，在组装工艺中印刷线路板操作和流转过程中特别是手工插件、铆钉连接、手工切割等工艺需要特别加以注意。必要时甚至需要对产品设计进行修改，以最大限度地使多层陶瓷电容器避开在工艺过程中可能产生较大机械应力的
区域。另外功能测试时要尽量减小测试点机械接触所带来的机械应力。最后返修过程需要特别注意烙铁温度的及焊接时间的控制。
3．PCB 的选择要尽量选Tg 较高的PCB 板，可减少PCB 的弯曲，并使贴片电容受到的应力降到最低。
4．MLCC 器件的排版最好远离高温发热器件，避免因过于频繁的温度循环对贴片的可靠性有一定的影响。
六． 典型案例 案例一：2003年，某HID 变频板有一位置贴片电容售后反馈不良率较高，但查工厂生产过程中并未发现有此电容损坏的迹象，疑为生产过程中电容已经受到伤害，但未表现出来，在调查生产过程时发现，波峰焊接的预热温度为82~85度，焊接温度为245度，两个温区的温度差为160度，如此高的温差很容易对电容造成一些隐性的伤害，后来将预热区的温度提高到110度左右，跟踪售后反馈不良呈下降趋势，现在不良基本已没有。
案例二：2004年，背投某HID 机型售后反馈某位置贴片电容不良率较高，生产过程中也有一定比例的不良，此贴片电容的体积较一般要大，为1206，PCB 板也较大，且此PCB 板为纸基，Tg 较低，易发生形变，对贴片电容的伤害较大，而且主板做功能测试时也容易变形，两种原因使此贴片不良率偏高，最后决定将此位置的电容由贴片电容改为通孔器件，已无不良。