陶瓷电容失效因素介绍 多层陶瓷电容器的特点
物理是我们上学必须要学习的一门科学，在物理的世界里，我们能学到很多平时见到却不知道的材料，比如说电容，电容器就是我们生活中常用到的一种物质，但是许多人对他都不太理解。陶瓷电容使用的最为广泛，可它有时候会因为一些因素的影响而导致失效。我们想要正常的使用陶瓷电容，就只能先了解导致它失效的因素以及它的特点，下面小编就为大家具体的介绍一下。
陶瓷电容简介：
它的外形以片式居多，也有管形、圆形等形状。陶瓷电容器是以陶瓷材料为介质的电容器的总称。其品种繁多，外形尺寸相差甚大。按使用电压可分为高压，中压和低压陶瓷电容器。按温度系数，介电常数不同可分为负温度系数、正温度系数、零温度系数、高介电常数、低介电常数等。此外，还有I型、II型、III型的分类方法。一般陶瓷电容器和其他电容器相比，具有使用温度较高，比容量大，耐潮湿性好，介质损耗较小，电容温度系数可在大范围内选择等优点。广泛用于电子电路中，用量十分可观。
陶瓷电容失效的内在因素主要有以下几种：
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。
陶瓷电容失效的外部因素主要为：
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。
了解完陶瓷电容的特点，才能更好的使用，陶瓷电容的体积通常都很小，成本也比较低，所以人们生活中使用它的地方有很多。另外大家要多多注意令陶瓷电容失效的几个方面，假如不注意的话，就有可能导致我们家族那么将电器不能使用，最直接的就是陶瓷电容失效。在我们学习物理的时候，就会学到影响电容变化的因素，我们应该学以致用，把学习到的运用到生活当中去。
分析陶瓷电容器，可能会出现以下的失效形式：
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。此外，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，电容器的工作于高温条件下，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，也不可能使引线复原。
2.银离子迁移的后果
无机介质电容器多半采用银电极，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产氢氧化银；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，还能扩散到无机介质内部，引起漏电流增大，严重时可使用两个银电极之间完全短路，导致电容器击穿。
3.高温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介电强度显著降低，以至于在高湿度环境的电场作用下，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质电容器中，因为击穿时局部发热严重，较薄的管壁或较小的瓷体容易烧毁或断裂。
4.电极材料的改进
陶瓷电容器一直使用银电极。银离子迁移和由此而引起含钛陶瓷介质的加速老化是导致陶瓷电容器失效的主要原因。有的厂家生产陶瓷电容器已不用银电极，而改用镍电极，在陶瓷基片上采用化学镀镍工艺。由于镍的化学稳定性比银好，电迁移率低，提高了陶瓷电容器的性能和可靠性。
又如，以银做电极的独石低频瓷介质电容器，由于银电极和瓷料在900℃下一次烧结时瓷料欠烧不能获得致密的陶瓷介质，存在较大的气孔率；此外银电极常用的助溶剂氧化钡会渗透到瓷体内部，在高温下依靠氧化钡和银之间良好的浸润“互熔”能力，使电极及介质内部出现热扩散现象，即宏观上看到的“瓷吸银”现象。银伴随着氧化钡进入瓷体中后，大大减薄了介质的有效厚度，引起产品绝缘电阻的减少和可靠性的降低。为了提高独石电容器的可靠性，改用银-钯电极代替通常含有氧化钡的电极，并且在材料配方中添加了1%的5#玻璃粉。消除了在高温下一次烧结时金属电极向瓷介质层的热扩散现象，能促使瓷料烧结致密化，使得产品的性能和可靠性有较大提高，与原工艺和介质材料相比较，电容器的可靠性提高了1~2个数量级。
5.叠片陶瓷电容器的断裂
叠片陶瓷电容器最常见的失效是断裂，这是叠片陶瓷电容器自身介质的脆性决定的。由于叠片陶瓷电容器直接焊接在电路板上，直接承受来自电路板的各种机械应力，而引线式陶瓷电容器则可以通过引脚吸收来自电路板的机械应力。因此，对于叠片陶瓷电容器来说，由于热膨胀系数不同或电路板弯曲所造成的机械应力将是叠片陶瓷电容器断裂的最主要因素。
6.叠片陶瓷电容器的断裂分析
叠片陶瓷电容器机械断裂后，断裂处的电极绝缘间距将低于击穿电压，会导致两个或多个电极之间的电弧放电而彻底损坏叠片陶瓷电容器。
叠片陶瓷电容器机械断裂的防止方法主要有：尽可能地减少电路板的弯曲，减小陶瓷贴片电容在电路板上的应力，减小叠片陶瓷电容器与电路板的热膨胀系数的差异而引起的机械应力。
如何减小叠片陶瓷电容器在电路板上的应力将在下面另有叙述，这里不再赘述。减小叠片陶瓷电容器与电路板的热膨胀系数的差异而引起的机械应力，可以通过选择封装尺寸小的电容器来减缓，如铝基电路板应尽可能用1810以下的封装，如果电容量不够可以采用多只并联的方法或采用叠片的方法解决，也可以采用带有引脚的封装形式的陶瓷电容器解决。
7.叠片陶瓷电容器电极端头被熔淋
在波峰焊焊接叠片陶瓷电容器时可能会出现电极端头被焊锡熔掉了。其原因主要是波峰焊叠片陶瓷电容器接触高温焊锡的时间过长。现在在市场上的叠片陶瓷电容器分为适用于回流焊工艺的和适用于波峰焊工艺的，如果将适用于回流焊工艺的叠片陶瓷电容器用于波峰焊，很可能发生叠片陶瓷电容器电极端头的熔淋现象。关于不同焊接工艺下叠片陶瓷电容器电极端头可以承受的高温焊锡的时间特性，在后面的叠片陶瓷电容器的适用注意事项中有详尽叙述，这里不在赘述。
消除的办法很简单，就是在使用波峰焊工艺时，尽可能地使用符合波峰焊工艺的叠片陶瓷电容器；或者尽可能不采用波峰焊工艺。
除因温度冷热变化产生热应力导致开裂外，对于环氧包封型高压电源陶瓷电容，无论是留边型还是满银型电容都存在着电极边缘电场集中和陶瓷-环氧的结合界面等比较薄弱的环节
环氧包封电源陶瓷电容由于环氧树脂固化冷却过程体积收缩，产生的内应力以残余应力的形式保留在包封层中，并作用于陶瓷-环氧界面，劣化界面的粘结
在电荷的状态下，组成高压电源陶瓷电容体的钙钛矿型SrTiO3铁类瓷片会发生电机械应力，产生电致应变
当环氧包封层的残余应力较大时，二者联合作用极可能造成包封与陶瓷体之间脱壳，产生气隙，从而降低电压水平
二、陶瓷电容应力裂纹的因素：陶瓷电容是属于脆性高的产品，在转换的过程中陈生了应力效果导致裂纹，导致耐压降低
常见的应力源有：工艺过程电路板流转操作；流转过程中的人、设备、螺丝安装，重力等因素；电路测试；元件接插操作；电路板安装；单板分割；电路板定位铆接等
三、还有一种是包装里加入氧原子材料的因素：包装的密度越厚，而包装表面破坏所需的外力越高
在同样电场力和残余应力的作用下，陶瓷基体和环氧界面的脱粘产生气隙较为困难
另外固化温度的影响，随着固化温度的提高，电源陶瓷电容的击穿电压会越高，因为高温固化时可以较快并有效地减少残余应力
随着整体模块灌胶后固化的高温持续，当达到或超过电源陶瓷电容外包封层环氧树脂的玻璃转化温度，达到了粘流态，陶瓷基体和环氧界面的脱粘产生了气隙，此时的形变就很难恢复，这种气隙会降低电源陶瓷电容的耐压水平.
首先考虑瓷片电容本身质量问题，未达标生产即次品；
瓷片电容达到寿命极限，即是否已经老化；
如不存在1.2问题，电容爆裂一般跟电压有关，即是否远远超出标称值或者超出最大耐压值。
贴片陶瓷电容最主要的失效模式断裂。贴片陶瓷电容器作常见的失效是断裂,这是贴片陶瓷电容器自身介质的脆性决定的.由于贴片陶瓷电容器直接焊接在电路板上,直接承受来自于电路板的各种机械应力,而引线式陶瓷电容器则可以通过引脚吸收来自电路板的机械应力.因此,对于贴片陶瓷电容器来说,由于热膨胀系数不同或电路板弯曲所造成的机械应力将是贴片陶瓷电容器断裂的最主要因素。陶瓷贴片电容器机械断裂后,断裂处的电极绝缘间距将低于击穿电压,会导致两个或多个电极之间的电弧放电而彻底损坏陶瓷贴片电容器。尽可能的减少电路板的弯曲、减小陶瓷贴片电容器在电路板上的应力、减小陶瓷贴片电容器与电路板的热膨胀系数的差异而引起的机械应力。减小陶瓷贴片电容器与电路板的热膨胀系数的差异而引起的机械应力可以通过选择封装尺寸小的电容器来减缓,如铝基电路板应尽可能用1810以下的封装,如果电容量不够可以采用多只并联的方法或采用叠片的方法解决.也可以采用带有引脚的封装形式的陶瓷电容器解决。引起机械裂纹的主要原因有两种。第一种是挤压裂纹，它产生在元件拾放在PCB板上的操作过程。第二种是由于PCB板弯曲或扭曲引起的变形裂纹。挤压裂纹主要是由不正确的拾放机器参数设置引起的，而弯曲裂纹主要由元件焊接上PCB板后板的过度弯曲引起的。
