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片式电容器长期可靠性的实现

http://www.cecbn.com  2007年08月23日18:21:17 互联网

多层陶瓷片式电容器设计简单,通常只包括介质与电极层的交替层以及引出端。与集成电路那样的有源器件相比,片式电容器实在简单。但是,它们的简单设计并不能保证其免受可靠性问题的影响,也不能降低失效的可能性。
    单片电容器的失效会造成各种后果,要视其在给定系统中所起的的作用而定。电动机不会起动,指示灯会变暗,制导系统的精度下降等。片式电容器相对便宜,但是单片电容器失效造成的损害是巨大的。

    片式电容器的基本功能是贮存电荷。介质可包括纸、云母或空气,不过也用钛酸盐和铌酸盐陶瓷,因为它们可配制用来产生各种介电常数。当电极表面面积增大和介质厚度减小时,电容就加大。

    如果介质的配制不符合规范,多层陶瓷片式电容器就容易失效。在工作温度下,有制造缺陷的介质就变成导体,结果是产生漏电流。

    电测试的重点是鉴别以这种方式失效的电容器。老练通常是在85℃125℃温度下进行168小时。试验期间所施加的电压一般为电容器额定电压的2倍。

    老练初期的失效率通常是最大的。由于介质配制的原因,若干军标确定的或客户需要的电测试能成功地鉴别使用中失效的电容器。

    结构缺陷但是,只采用电测试方法是不能全面考核大量电容器质量的,因为失效也有可能是第二种原因――内部结构缺陷引起的。按递减次序来说,重要的结构缺陷是空穴、分层和裂纹。包括大量专用电容器种类的这种体系是以Sonoscan应用试验的500多万个多层陶瓷片式电容器的声学微型成象结果为依据的。

    不象介质配方缺陷,结构缺陷往往不会在电容器的试验循环的早期或在正常工作期限中失效。例如,即使介质中的空穴未与电极相接触,该空穴也会充当电极中金属迁移的路线。金属会逐渐沉积于空穴中,并足以形成一条漏电流通路,不过,发生失效所需的时间是很难预计的。

    声学微成象法对包括空穴、分层和裂纹在内的缝隙类缺陷最为敏感。它可对分层和甚至小于0.1微米的缝隙之类的微型结构缺陷也进行检测和成象。
    在声学微成象过程中,超声换能器把很高频率的超声波传送到电容器中,并对其进行扫描。与电容器一起使用的超声波频率通常达10~100MHz,这个频率范围可提供优良的图象分辨率。当脉冲超声波通过电容器向下移动时,几乎没有超声波会反射回换能器中,除非超声波碰到缝隙类缺陷。甚至是亚微米厚度的空穴、分层或裂纹都能把所有超声波反射回换能器中。

    由于被缺陷反射的超声波的强度远远大于电容器非缺陷区反射的超声波强度,任何空穴、分层或裂纹在声学图象中都显而易见。常见声学图象是平面图象,是对电容器直下看的图象,不过,除此之外再没有其它种类的声学图象了。有时候,用声学法显示出内部缺陷的电容器要通过物理方法切开剖面,以暴露缺陷。内剖裂纹一般包括若干层。空穴可存在于介质中,并与电极接触,或包括多个薄层。分层可大可小,可存在于电容器多层结构中的多个级别上。在平面声学图象中,这样的分层经常相互重叠。与电极分离的单一分层从理论上来说是无害的。但对于某些高可靠应用项目来说,依靠已显示内部缺陷的电容器几乎没什么价值。对于其它应用项目来说,小小的缺陷还可以接受。有一种筛选方法可剔除空穴直径超过介质层厚度一半的电容器。

    视所用声学频率而定,平面声学图象可显示内部的缺陷达25微米或更小的X-Y尺寸。同时,声学成象大大加快了物理剖面图的获取,以精确地决定在何处切割。


    结  论

    陶瓷片式电容器通常是由于介质配制不当或内部微型结构缺陷造成失效的。老练能非常成功地鉴别导致早期失效的介质配制不当的电容器。诸如分层、空穴和裂纹之类的微型结构缺陷在电容器失效前时间内是很难预计的,但可通过声学成象技术来成象和表征。

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