關(guān)鍵詞

電流過載 電壓過載 電容可靠性 環(huán)境應(yīng)力 應(yīng)力裂紋

前言

電容是電子設(shè)備中主要基礎(chǔ)元件之一，它廣泛用于電視機、收音機、手機、電子儀器等設(shè)備中，用作儲能和傳遞信息，但在使用當(dāng)中它也會由于一些內(nèi)外在因素而失效。電容在各種應(yīng)力作用下其材料發(fā)生物理和化學(xué)變化，導(dǎo)致電參數(shù)變劣而最后失效，可分為電應(yīng)力（電流、電壓）和環(huán)境應(yīng)力（濕度、溫度、氣壓、振動和沖擊等）兩種，下面就電容的失效和可靠性作一簡單分析。

一、電容的主要參數(shù)

電容的主要參數(shù)有：標(biāo)稱電容量與允許偏差、額定工作電壓、介電強度、損耗、絕緣電阻、電容溫度系數(shù)等。

1、標(biāo)稱電容量與允許偏差 電容標(biāo)明的電容量稱為標(biāo)稱電容量，電容允許偏差的定義是允許容量偏差與標(biāo)稱容量的比值，一般用百分?jǐn)?shù)表示。

2、額定工作電壓 在允許的環(huán)境條件下，在規(guī)定的工作壽命期間，可以連續(xù)加在電容上的最大直流電壓或交流電壓的有效值稱為電容的額定工作電壓。額定工作電壓是電容在規(guī)定期限內(nèi)，規(guī)定條件下能夠可靠工作的電壓。工作條件或工作期限超過規(guī)定范圍時，電容的工作電壓必須隨之而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，否則將會影響電容的工作可靠性。

3、介電強度 電容承受一定大小的電場強度（或電壓）而不致被擊穿的能力稱為介電強度，一般通過耐壓試驗加以考核。通過耐壓試驗，可以快速剔除存在隱患的電容，保證成品電容在使用壽命期間工作的可靠性。

4、損耗 電場作用下單位時間內(nèi)電容因發(fā)熱而消耗的能量稱為電容的損耗。直流電場作用下主要表現(xiàn)為介質(zhì)的漏導(dǎo)損耗，交流電場作用下除漏導(dǎo)損耗外，還有介質(zhì)的極化損耗。此外，還必須計入電容金屬部分（包括接觸電阻）引起的損耗。通常用損耗角正切表示電容的損耗特性。

5、絕緣性能 表征電容絕緣性能的參數(shù)有：絕緣電阻、時間常數(shù)和漏電流。電容上所加的直流電壓與所產(chǎn)生的漏電流的比值稱為絕緣電阻。絕緣電阻這種絕緣性指標(biāo)一般適用于電容量不大于0.1uF的有機電容以及所有有機電容。時間常數(shù)是絕緣電阻與電容量的乘積，它僅取決于介質(zhì)本身性質(zhì)，而與電容的幾何尺寸無關(guān)。時間常數(shù)一般適用于電容量大于 0.1uF的有機介質(zhì)電容的絕緣性能指標(biāo)。對于電解電容，由于其金屬化膜介質(zhì)存在很多缺陷，無法采用材料特性表征電容絕緣特性，故直接應(yīng)用漏電流評價電解電容的絕緣性。

6、溫度系數(shù) 電容溫度變化一度時的電容量變化百分率稱為溫度系數(shù)。電容的溫度系數(shù)大小跟介質(zhì)材料的溫度特性與電容的結(jié)構(gòu)工藝有關(guān)。電容溫度系數(shù)應(yīng)盡可能接近零值。

二、陶瓷電容的失效模式及失效機理

1、電容常見的失效模式有：短路、開路、參數(shù)（包括電容量、損耗、漏電流等）飄移等。

2、電容常見的失效機理包括：來料本身的缺陷、外加電壓過高、電壓瞬態(tài)變化、浪涌電流、功率耗散過大、熱應(yīng)力、機械應(yīng)力、污染等。

三、陶瓷電容的失效機理

多層陶瓷電容本身的可靠性較高，可以長時間穩(wěn)定使用。但如果器件本身存在缺陷或在組裝過程引入缺陷，則會對其可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。陶瓷電容常見的失效機理主要有以下幾種：

1、來料本身的缺陷

a）陶瓷介質(zhì)內(nèi)空洞

介質(zhì)內(nèi)的空洞容易導(dǎo)致漏電，介電強度降低。漏電容易導(dǎo)致電容內(nèi)局部過熱， 由于熱電的正反饋，進一步降低陶瓷介質(zhì)的絕緣性能電容失效電容失效，導(dǎo)致電容該位置的漏電增加。該過程循環(huán)發(fā)生，不斷惡化，輕則導(dǎo)致電容的參數(shù)飄移（絕緣電阻減小、損耗增大等），重則導(dǎo)致電容介質(zhì)擊穿，從而使電容兩端電流過大，可能產(chǎn)生爆炸甚至燃燒等過熱燒毀的嚴(yán)重后果。陶瓷介質(zhì)內(nèi)空洞的案例請參見圖1、圖2的典型形貌：

分析結(jié)論：陶瓷貼片電容失效原因是由于電容本身存在缺陷，在極板間存在許多空洞，從而引起漏電流增大，耐電壓降低，進而導(dǎo)致電容兩端電壓大幅度下降。

b）分層

多層陶瓷電容的燒結(jié)為多層材料堆疊共燒，燒結(jié)溫度可高達 1000℃以上，燒結(jié)工藝的不良容易導(dǎo)致分層的發(fā)生，分層和空洞、裂紋的危害相似，都是多層陶瓷電容重要的內(nèi)在缺陷。分層案例請參見圖3、圖4的典型形貌：