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多層陶瓷電容（MLCC，Multi-Layer Ceramic Capacitor）是一種廣泛使用的電子元件，特別是在高頻和高溫環(huán)境中。它們的失效模式與失效機(jī)理可以分為以下幾種：

 

失效模式

 

短路失效：

 

在電壓過高、溫度過高或機(jī)械應(yīng)力下，電容內(nèi)部的陶瓷層可能會發(fā)生破裂，從而導(dǎo)致短路。

 

開路失效：

 

陶瓷材料的裂紋或剝離可能導(dǎo)致電容失效，特別是在溫度循環(huán)或濕度環(huán)境下，可能會導(dǎo)致絕緣層失效，形成開路。

 

電容值漂移：

 

由于外部環(huán)境（如溫度、濕度、施加電壓等）變化，電容的電容量可能會發(fā)生明顯漂移，影響電路性能。

 

溫度過升：

 

過大的渦流或自身發(fā)熱可能導(dǎo)致電容溫度升高，甚至燒毀。

 

失效機(jī)理

 

材料疲勞：

 

多層陶瓷電容在長期使用中會受到溫度、濕度和機(jī)械應(yīng)力的影響，導(dǎo)致陶瓷材料逐漸疲勞，出現(xiàn)微裂紋，最終導(dǎo)致失效。

 

電場應(yīng)力：

 

在施加高電壓的情況下，電容內(nèi)部分子會受到極化和應(yīng)力，可能導(dǎo)致絕緣層失效或短路。陶瓷電容也同樣會因?yàn)殡姂?yīng)力過大導(dǎo)致失效，如超規(guī)格使用或MLCC本身耐電壓不足。MLCC的電應(yīng)力失效一般表現(xiàn)為短路。失效為過電應(yīng)力導(dǎo)致電極熔融。

 

溫度應(yīng)力 等環(huán)境因素：

 

濕度、溫度和污染物會影響陶瓷電容的性能，尤其是在高濕度環(huán)境中，可能導(dǎo)致電容內(nèi)部吸濕，從而影響絕緣性。

 

 

熱應(yīng)力也會導(dǎo)致陶瓷熱脹冷縮裂開。

 

 

機(jī)械應(yīng)力：

 

在組裝或使用過程中，陶瓷電容可能受到機(jī)械應(yīng)力（如焊接過程中的應(yīng)力）影響，導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)受損。

 

機(jī)械應(yīng)力：MLCC的特點(diǎn)是能夠承受較大的壓應(yīng)力，但陶瓷介質(zhì)層的脆性決定了其抗彎曲能力較差，因此在實(shí)際使用過程中由于PCB變形引起陶瓷體出現(xiàn)裂紋的情況很多。PCB板組裝過程任何可能的彎曲變形操作都可能導(dǎo)致MLCC開裂，常見應(yīng)力源有貼片過程中吸嘴產(chǎn)生的撞擊、單板分割、螺絲安裝等。該類裂紋一般起源于元件上下金屬化端，沿45°角向器件內(nèi)部擴(kuò)展。

 

此種失效的可能性很多，以下這些環(huán)節(jié)可能造成機(jī)械應(yīng)力失效。

 

①貼裝應(yīng)力，主要是由于真空拾放頭或?qū)χ袏A具引起的損傷。

 

②上電擴(kuò)展的裂紋，貼裝時表面產(chǎn)生了缺陷，后經(jīng)多次通電擴(kuò)展的微裂紋。

 

③翹曲裂紋，在印制板裁剪、測試、元器件安裝、插頭座安裝、印制版焊接、產(chǎn)品最終組裝時引起的彎曲或焊接后有翹曲的印制板主要是印制板的翹曲。

 

④印制板剪裁，手工分開拼接印制板、剪刀剪切、滾動刀片剪切、沖壓或沖模剪切、組合鋸切割和水力噴射切割都有可能導(dǎo)致印制板彎曲

 

⑤焊接后變形的PCB，過度的基材彎曲和元器件的應(yīng)力。

 

⑥PCB在安裝的過程中，受到應(yīng)力有可能導(dǎo)致MLCC受力。例如，電路板螺絲固定時，多個固定點(diǎn)應(yīng)力分布不均引起板變形致使電容器開裂；PCB分板應(yīng)力、板級測試單手持板、元器件安裝、插頭座安裝、印制版焊接、產(chǎn)品最終組裝時引起的彎曲或焊接后有翹曲機(jī)械應(yīng)力。

 

預(yù)防措施

 

選擇合適的電容：

 

根據(jù)電路需求選擇合適規(guī)格的電容，確保其額定電壓和工作溫度范圍適合使用環(huán)境。

 

設(shè)計(jì)考慮：

 

在電路設(shè)計(jì)中考慮電容的布局，避免機(jī)械應(yīng)力集中，并采取適當(dāng)?shù)姆庋b設(shè)計(jì)以降低環(huán)境影響。

 

測試與質(zhì)量控制：

 

進(jìn)行可靠性測試，如溫度循環(huán)、濕度測試等，以確保電容在實(shí)際使用條件下的穩(wěn)定性。

 

避免超負(fù)荷使用：

 

避免在電容額定值范圍外工作，尤其是在電壓和溫度上要嚴(yán)格控制。