MLCC失效模式

?基本概念：電子元器件主要分為有源和無源器件， 無源器件以電阻、電容和電感為主。其中，多層陶瓷電容器（MLCC：Mltiplayer Ceramic Chip Capacitors） 是三大無源電子元器件中產(chǎn)值占比最多的元器件。MLCC 憑借小尺寸、大比容和高頻， 以及寬頻性能優(yōu)異、低等效串聯(lián)電阻、適用表面貼裝和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)， 占據(jù)了大部分的電容器市場份額。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：片式多層陶瓷電容整體的結(jié)構(gòu)如圖1 所示的三明治結(jié)構(gòu)，且由三部分組成A：陶瓷介質(zhì)B：內(nèi)電極和C：端電極構(gòu)成，其中端電極一般為三層結(jié)構(gòu)，分別為外部電極( 與內(nèi)部電極相連接，引出容量，一般為Cu 或Ag) 、阻擋層( Ni 鍍層，起到熱阻擋作用，可焊的Ni 層能夠避免焊接時(shí)Sn 層熔落) 和焊接層( Sn 鍍層，提供焊接金屬層) 。MLCC 的物理特性接近陶瓷材料的特性，具有機(jī)械強(qiáng)度低、易碎等特點(diǎn)。

圖1 MLCC 結(jié)構(gòu)示意圖

工藝流程：MLCC 的制作工藝復(fù)雜，大致流程如下：

失效模式：多層瓷介電容器失效的機(jī)理和失效的原因很多，單一失效模式也有可能對應(yīng)著多種的失效機(jī)理和原因，常見的各種MLCC 電容的失效機(jī)理如下。

介質(zhì)層存在孔洞、分層、電極結(jié)瘤和電極短路：陶瓷介質(zhì)內(nèi)的空洞可能是因?yàn)榻橘|(zhì)層內(nèi)部含有水汽或其它雜質(zhì)離子，在MLCC 在電路中正常施加工作電壓時(shí)，因?yàn)殡s質(zhì)和水汽的存在降低此位置的電壓的耐受程度，導(dǎo)致施加正常的電壓都會(huì)導(dǎo)致此位置發(fā)生過電擊穿的現(xiàn)象；電極結(jié)瘤是因?yàn)樯a(chǎn)工藝不穩(wěn)定導(dǎo)致出現(xiàn)部分凸起，凸起的地方位置介質(zhì)層的厚度明顯變薄，導(dǎo)致電極的耐壓變低，正常施加工作電壓在MLCC 的電極兩端可能也會(huì)出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。

圖3 MLCC失效樣品形貌

熱應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋：MLCC 電容在實(shí)際產(chǎn)品的使用中很難避免出現(xiàn)溫度變化，溫度變化就會(huì)出現(xiàn)電容熱量的變化，比如電容的兩端受熱不均，就出現(xiàn)熱脹冷縮不均勻，電容在不同的熱量的的地方發(fā)生不一致的形變，這就是熱應(yīng)力不同，會(huì)導(dǎo)致MLCC 內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂紋基本上分布區(qū)域?yàn)镸LCC外部陶瓷體靠近端電極的兩端，常見失效形貌為貫穿陶瓷體的裂紋。

圖4 介質(zhì)層開裂形貌

掃描電鏡作為材料微觀結(jié)構(gòu)表征的利器，已經(jīng)成為MLCC制造商必不可少的分析工具。賽默飛超高分辨場發(fā)射掃描電鏡Apreo 2兼具高質(zhì)量成像和多功能分析性能于一體，采用雙引擎技術(shù)，超低電壓下可直接分析不導(dǎo)電樣品，且無需做噴鍍處理。如下圖5所示，直接將MLCC樣品置于Apreo 2電鏡中，憑借快捷的FLASH功能，設(shè)備可自動(dòng)執(zhí)行精細(xì)調(diào)節(jié)動(dòng)作，只需移動(dòng)幾次鼠標(biāo)，就可完成必要的合軸對中、消像散和圖像聚焦校正，即使電鏡初學(xué)者也能充分發(fā)揮Apreo 2的最佳性能。

圖5 MLCC內(nèi)電極和外電極表面形貌