由于外部环境(如温度、湿度、施加电压等)变化,电容的电容量可能会发生明显漂移,影响电路性能。
多层陶瓷电容在经常使用中会受到温度、湿度和机械应力的影响,导致陶瓷材料逐渐疲劳,出现微裂纹,最后导致失效。
在施加高电压的情况下,电容内部分子会受到极化和应力,可能会引起绝缘层失效或短路。陶瓷电容也同样会因为电应力过大导致失效,如超规格使用或MLCC本身耐电压不足。MLCC的电应力失效一般表现为短路。失效为过电应力导致电极熔融。
湿度、温度和污染物会影响陶瓷电容的性能,尤其是在高湿度环境中,可能会引起电容内部吸湿,进而影响绝缘性。
在组装或使用的过程中,陶瓷电容可能受到机械应力(如焊接过程中的应力)影响,导致材料结构受损。
机械应力:MLCC的特点是可承受较大的压应力,但陶瓷介质层的脆性决定了其抗弯曲能力比较差,因此在实际使用的过程中由于PCB变形引起陶瓷体出现裂纹的情况很多。PCB板组装过程任何可能的弯曲变形操作都可能会引起MLCC开裂,常见应力源有贴片过程中吸嘴产生的撞击、单板分割、螺丝安装等。该类裂纹一般起源于元件上下金属化端,沿45°角向器件内部扩展。
③翘曲裂纹,在印制板裁剪、测试、元器件安装、插头座安装、印制版焊接、产品最终组装时引起的弯曲或焊接后有翘曲的印制板主要是印制板的翘曲。
④印制板剪裁,手工分开拼接印制板、剪刀剪切、滚动刀片剪切、冲压或冲模剪切、组合锯切割和水力喷射切割都可能会导致印制板弯曲
⑥PCB在安装的过程中,受到应力有可能导致MLCC受力。例如,电路板螺丝固定时,多个固定点应力分布不均引起板变形致使电容器开裂;PCB分板应力、板级测试单手持板、元器件安装、插头座安装、印制版焊接、产品最终组装时引起的弯曲或焊接后有翘曲机械应力。
根据电路需求选择正真适合规格的电容,确保其标称电压和工作时候的温度范围适合使用环境。
在电路设计中考虑电容的布局,避免机械应力集中,并采取适当的封装设计以降低环境影响。
进行可靠性测试,如温度循环、湿度测试等,以确保电容在实际使用条件下的稳定性。
了解多层陶瓷电容的失效模式与机理,能够在一定程度上帮助设计工程师在设计电路时采取比较有效措施,确保电路的可靠性和稳定能力。