在電子電路中，片式多層瓷介電容器（MLCC）作為基礎(chǔ)元件，具有 “隔直通交” 的特性，還具備體積小、比容大、壽命長、可靠性高和適合表面安裝等優(yōu)勢(shì)。隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，MLCC 的市場(chǎng)需求以每年 10% - 15% 的速度遞增，堪稱電子行業(yè)的 “電子大米”，不可或缺。然而，當(dāng) MLCC 失效時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電子系統(tǒng)出現(xiàn)故障。因此，對(duì) MLCC 的選型和失效分析進(jìn)行深入了解至關(guān)重要。
MLCC 的結(jié)構(gòu)主要由陶瓷介質(zhì)、金屬內(nèi)電極和金屬外電極三大部分組成，它是一個(gè)多層疊合的結(jié)構(gòu)，可看作多個(gè)簡(jiǎn)單平行板電容器的并聯(lián)體。MLCC 大致可分為 I 類（低電容率系列）和 II 類（高電容率系列）兩類，根據(jù)溫度特性還能進(jìn)一步細(xì)分，相關(guān)溫度特性由 EIA 規(guī)格與 JIS 規(guī)格等制定。I 類 MLCC 的優(yōu)點(diǎn)是由溫度引起的容量變化小，缺點(diǎn)是因電容率低不能具有太大容量，常用于溫度補(bǔ)償、高頻電路和濾波器電路等；II 類 MLCC 的優(yōu)點(diǎn)是因電容率高能夠具有大容量，缺點(diǎn)是由溫度引起的容量變化大，常用于平滑電路、耦合電路和去耦電路等。
MLCC 的關(guān)鍵參數(shù)包括電容值、容差、耐壓、絕緣電阻和相關(guān)特性曲線等。設(shè)計(jì)人員通常比較關(guān)注電容值、容差、耐壓和絕緣電阻這幾個(gè)參數(shù)，但也需充分考慮 MLCC 在不同工作溫度的容量變化率和 DC - Bias 效應(yīng)導(dǎo)致的容量下降問題。
- 電容值：即靜電容量，MLCC 的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、大容量。
- 容差：指在特定條件下測(cè)試的容值允許偏差范圍，通常通過測(cè)試 MLCC 實(shí)際容值來檢查是否符合規(guī)格要求。
- 損耗角正切（DF）：定義為有功功率與無功功率的比值，DF = tanδ = ω?C?ESR。II 類 MLCC 具有很高的介電系數(shù)和較大的損耗角正切值，DF 是與介質(zhì)材料、制造工藝等相關(guān)的重要質(zhì)量參數(shù)。
- 耐壓：即介質(zhì)擊穿強(qiáng)度，表征介質(zhì)材料承受高強(qiáng)度電場(chǎng)作用而不被電擊穿的能力。當(dāng)外電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生雪崩效應(yīng)導(dǎo)致突發(fā)擊穿電流擊穿介質(zhì)使其失效。此外，高壓負(fù)荷下產(chǎn)生的熱量使介質(zhì)材料電阻率降低到一定程度，延續(xù)足夠長時(shí)間也會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)失效。介質(zhì)強(qiáng)度反比于介質(zhì)層厚度、MLCC 內(nèi)部電極層數(shù)和其物理尺寸，因此需對(duì) MLCC 進(jìn)行耐壓測(cè)試（一般為其工作電壓的 2.5 倍）。
- 絕緣電阻：表征介質(zhì)材料在直流偏壓梯度下抵抗漏電流的能力。理論上陶瓷介質(zhì)的電阻率無窮大，但實(shí)際因材料原子晶體結(jié)構(gòu)中存在雜質(zhì)和缺陷，其電阻率有限。MLCC 的絕緣電阻取決于介質(zhì)材料配方、工藝過程（燒結(jié)）和測(cè)量時(shí)的溫度，且會(huì)隨溫度的提高而下降，可通過常溫測(cè)試絕緣電阻考核其燒結(jié)質(zhì)量。
- 制造方面因素
- 介質(zhì)材料缺陷：介質(zhì)內(nèi)空洞和介質(zhì)分層是常見問題。陶瓷粉料內(nèi)的有機(jī)或無機(jī)污染、燒結(jié)過程控制不當(dāng)?shù)葧?huì)導(dǎo)致介質(zhì)內(nèi)空洞產(chǎn)生，使耐壓強(qiáng)度降低，引發(fā)漏電，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使 MLCC 開裂、爆炸甚至燃燒。MLCC 燒結(jié)為多層材料堆疊共燒，層間結(jié)合力不強(qiáng)、燒結(jié)過程中內(nèi)部污染物揮發(fā)、燒結(jié)工藝控制不當(dāng)都可能導(dǎo)致分層，進(jìn)而導(dǎo)致介質(zhì)擊穿引起短路失效。
- 生產(chǎn)工藝缺陷：電極結(jié)瘤會(huì)導(dǎo)致耐壓強(qiáng)度降低發(fā)生擊穿，與電應(yīng)力過大導(dǎo)致電極融入形貌相似。MLCC 燒結(jié)時(shí)溫控失調(diào)，有機(jī)物揮發(fā)速率不均衡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)微裂紋，這些微裂紋在運(yùn)輸、加工、使用過程中可能進(jìn)一步增大。
- 生產(chǎn)工藝方面因素
- 熱應(yīng)力裂紋形成機(jī)制：熱應(yīng)力裂紋是由于機(jī)械結(jié)構(gòu)不能在短時(shí)間內(nèi)消除因溫度急劇變化所帶來的機(jī)械張力而形成，這種張力是由熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性及溫度變化率間的差異所造成。熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂紋主要分布在陶瓷體靠近端電極的兩側(cè)，常見表現(xiàn)形式為貫穿陶瓷體的裂紋，有的裂紋與內(nèi)電極呈現(xiàn) 90°。這些裂紋產(chǎn)生后，多數(shù)情況下在剛剛使用時(shí)整機(jī)可正常工作，但使用一段時(shí)間后，裂紋內(nèi)部會(huì)不斷進(jìn)入水汽或離子，在外加電壓的情況下，致使兩個(gè)端電極間的絕緣電阻降低而導(dǎo)致電容器失效。
- 焊接導(dǎo)致的熱應(yīng)力失效：焊接是 MLCC 焊盤承受熱沖擊比較嚴(yán)重的情況，主要由于器件在焊接（特別是波峰焊）時(shí)承受溫度沖擊所致，不當(dāng)返修也是導(dǎo)致溫度沖擊裂紋的重要原因。
- 應(yīng)用不當(dāng)因素
- 溫度過高：MLCC 工作環(huán)境溫度過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電容值下降、漏電流增大等現(xiàn)象。
- 電壓過高：超過 MLCC 的額定電壓使用會(huì)使電容器內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，導(dǎo)致介質(zhì)擊穿。
- 頻率過高：當(dāng)頻率過高時(shí)，電容器的阻抗會(huì)減小，導(dǎo)致電流過大，使電容器發(fā)熱嚴(yán)重，甚至燒毀。并且高頻下電容器的介質(zhì)損耗也會(huì)增大，降低電容器的使用壽命。
- 機(jī)械應(yīng)力：MLCC 在安裝和使用過程中受到機(jī)械應(yīng)力（如振動(dòng)、沖擊等）作用時(shí)，可能導(dǎo)致電容器內(nèi)部的電極斷裂、介質(zhì)破碎等現(xiàn)象。MLCC 抵抗彎曲能力比較差，在器件組裝過程中任何可能產(chǎn)生彎曲變形的操作都可能導(dǎo)致器件開裂，這種裂紋一般起源于器件上下金屬化端，沿一定方向擴(kuò)展。
- 濕度和腐蝕性環(huán)境：濕度過高可能使電容器內(nèi)部的介質(zhì)吸濕，導(dǎo)致電容值下降；腐蝕性環(huán)境可能腐蝕電容器內(nèi)部的電極和介質(zhì)，使電容器失效。
- 電特性測(cè)試：使用 LCR 電橋進(jìn)行容值和 DF 值的測(cè)試，使用絕緣測(cè)試儀測(cè)試絕緣耐壓，通常 MLCC 失效樣品以短路為主。
- 外觀檢查：通常進(jìn)行 6 面檢查，檢查是否有明顯的異常。
- 故障點(diǎn)粗定位：使用 Thermal 進(jìn)行故障點(diǎn)定位，如果沒有該步驟直接進(jìn)入到步驟 4 也可，但通過故障點(diǎn)粗定位可以大致了解故障點(diǎn)位置，以便清楚地掌握切片觀察的位置。
- 制樣切片，缺陷觀察
- “EOS 過電形貌”：如果是過電壓導(dǎo)致的失效，故障點(diǎn)基本上是發(fā)生在特定位置（如通過理論分析得出的 A 點(diǎn)），故障復(fù)現(xiàn)驗(yàn)證結(jié)果可以佐證。通過對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的分析，可以對(duì)故障可能原因進(jìn)行初步判斷。
- 機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致的失效形貌：常見的 MLCC 機(jī)械應(yīng)力失效通常為典型的 45° 裂紋，還有撞件導(dǎo)致 MLCC 失效的情況。
