航天用独石电容器的常见失效模式及机理分析

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1、航天用独石电容器的常见失效模式及机理分析孙静胡会能王全胡斌航天科技集团七0三所摘要:本文对航天用独石电容器在使用过程中出现的一些常见失效模式如电容器短路或呈阻性，电容器容值下降或开路等常见失效模式进行了介绍，并对其常见的失效原因及机理进行了分析。前言独石电容器在航天产品中应用非常广泛，在电子设备中元件应用的带引线独石电容器及混合电路中应用的无引线独石电容器的失效主要可以分为两类，一类为电容器呈短路或呈阻性，另一类为电容器容值下降甚至开路，本文对两类常见的模式及其形成原因进行了总结。以供可靠性工作者参考。独石电容器基本结构

2、独石电容器的结构形式见示意图。电极从图中可看到，独石电容器采用迭片式芯子而形成多层介质平板电容器，相当于多个小电容器井联而成，其组成主要包括多层介质，内电极极板及端电极。端电极结构分为单层电极或多层电极结构。电容器短路或呈阻性及其失效机理分析独石电容器在工作一段时间后发生失效，经过对失效件的测试，发现独石电容器己完全短路或呈阻性，对电容器外观进行检查，发现部分失效的电容器272,电容体己经形成开裂，对其进行金相解剖，发现裂纹己经穿过两个相邻的极板，由于极板间距离较近，在电容器工作过程中电极之间由于电场存在，导致极板材料A

3、g产生迁移，当迁移的Ag将两极之间完全导通时，则会形成电容器短路或呈阻性。引起电容器开裂的原因主要有以下几方面的因素，一是由于电容器在焊接过程中温度过高，造成电容器内部温度梯度过高而产生很大的热应力而使电容器开裂。另一种开裂的原因主要是由于电容器焊装在印制板上以后，由于电容器本身与印制板之间膨胀系数相差较大，导致在温度变化过程中，由于印制板膨胀系数大而使电容器承受较大的应力，同时印制板在安装或振动过程中的弯曲变形亦会给电容体一个较大的应力，几种应力相结合从而导致电容体开裂。另外一种呈短路或阻性的电容器其外观上看不到明显的

4、异常现象，在将这些失效件制成金相样品时，应将其端电极引出，并进行监测，并且一边磨制，一边观察来对该种失效模式的失效部位进行确诊。在制样过程中可以看到，在磨制到某一部位时，从监测仪器上可以看到电容阻值会产生一些变化.此时对失效件进行观察，可以看到在该剖面上局部位置的介质上存在明显的孔洞、微裂纹等缺陷，有时可看到的该种缺陷为贯穿性的，而有时可看到的则为非贯穿性的。由于陶瓷材料本身具有多孔性，在生产过程中不可避免的会存在部分气孔等类型的缺陷。对于贯穿性气孔，在工作一段时间后，由于Ag电极材料的迁移而将两极之间搭接，从而形成短路

5、或呈阻性。对于非贯穿性气孔，由于该种缺陷将两极间的距离进一步缩小，使其耐压下降，在使用过程中导致局部击穿后，Ag电极材料迁移而使电容器短路或呈阻性失效。该类失效模式主要是由于介质缺陷引起，可以通过加严筛选的方法进行剔除，以提高独石电容器的使用可靠性。电容器开路或容值下降及其失效机理分析独石电容器在使用过程中表现为开路失效主要有以下几种形式，一种是端电极与电容体剥离，另一种为在端电极焊点根部处瓷体断开，端电极与电容体剥离的原因主要是由于端电极与电容体之间附着力较差，在装焊后由于应力的"273"作用而使端电极剥落，而焊点根部

6、处瓷体断开这样一种失效模式，主要与电容的安装形式有关，由于有些混合电路要求体积小，所以将独石电容器采用竖立安装形式，竖立安装的电容器由于重心较高，所以在受到较大的冲击和振动应力作用时，在焊点附近受力较大，从而导致在焊点附近的瓷体断裂，对于需要竖立安装的场合，应该采用一个安装支架，以降低电容器焊点根部的应力水平。独石电容器的另一种主要失效模式为电容值下降，对于该种失效模式有时表现为时好时坏，有时在测试过程中在电极两端加一定外力时，电容值又能恢复正常，产生该类现象的原因主要有两个方面，一是由于电容器在生产工艺过程中端电极与内

7、电极之间连接不良，另一种是由于端电极与内电极之间开裂而形成接触不良而导致容值下降。对于前一种失效模式，其形成原因主要是由于在电容器生产加工过程中，电容器端头材料产生卷边，而不能将内电极很好的勺暴露出来，使之与端电极之间不能形成很好的连接，正常情况应为线连接，而舀卫J汉实际上形成的是多点连接形式，在刚开始时表现出来的电容值仍是正常的，但‘经长时间的使用后，由于连接点较少，连接点处电流密度相对较大，从而使该处的电极材料产生电迁移，当最终端电极与内电极之间完全断开时，将会使电容器的容值下降。另外一种失效模式是由于端电极与内电极

8、交界处产生裂纹而使端电极与内电极不能形成良好连接而使电容量减少。如某单位生产的混合集成电路，在工作一段时间后发现多只电路出现失效，经解剖分析及故障定位确认系电路内部独石电容器电容量下降引起。该种电容器采用再流焊工艺焊接在陶瓷基板上，对电容器两端加一定外力，其容值有时能恢复正常，从现象来看，应为接触不良引起。对电容器进