【陶瓷电容器失效？七大原因全面解析】

陶瓷电容器故障的七个原因

1.潮湿对电参数恶化的影响
当空气中湿度过高时，水膜会凝结在电容器外壳表面，从而降低电容器表面的绝缘电阻。此外，对于半密封结构电容器，水也可以渗透到电容器介质中，从而降低电容器介质的绝缘电阻绝缘能力。因此，高温、高湿度环境对电容器参数恶化的影响非常显著。电容器的电气性能可以在干燥和除湿后得到改善，但水分子电解的后果无法根除。例如，当电容器在高温条件下工作时，水分子电解为氢离子（H )和氢氧根离子（OH-），引线根部产生电化学腐蚀。即使干燥和除湿，也不可能恢复引线。

2.银离子迁移的后果
无机介质电容器大多采用银电极，当半密封电容器在高温条件下工作时，渗透到电容器内的水分子产生电解。在阳极氧化反应中，银离子与氢氧根离子结合生产氢氧化银；在阴极还原反应中，氢氧化银和氢离子反应产生银和水。由于电极反应，阳极的银离子不断恢复到阴极，形成不连续的金属银颗粒，并通过水膜连接到树上延伸到阳极。银离子迁移不仅发生在无机介质表面，而且还扩散到无机介质中，导致漏电流增加。在严重情况下，两个银电极之间可以完全短路，导致电容器突破。
离子迁移会严重破坏正电极表面的银层，导线焊点与电极表面的银层之间有半导体氧化银，增加无介质电容器的等效串联电阻，增加金属部分的损耗，显著增加电容器损耗角的正切值。
由于正电极的有效面积降低，电容器的电容量降低。由于无机介质电容器两个电极之间介质表面的氧化银半导体，表面绝缘电阻降低。当银离子迁移严重时，两个电极之间建立了一个分支状的银桥，大大降低了电容器的绝缘电阻。
综上所述，银离子迁移不仅会恶化非密封无机介质电容器的电气性能，还会导致介质击穿场强烈下降，最终导致电容器击穿。
值得一提的是，银电极低频陶瓷独石电容器由于银离子迁移而失效，比其他类型的陶瓷介质电容器严重得多，因为该电容器的一次燃烧过程和多层叠片结构。在银电极和陶瓷介质的一次烧结过程中，银参与了陶瓷介质表面的固相反应，并渗透到陶瓷-银接触中形成界面层。如果陶瓷介质不够致密，银离子迁移不仅可以发生在陶瓷介质表面，还可以穿透陶瓷介质层。多层叠片结构间隙较多，电极位置不准确，介质表面边缘较小，银浆渗入间隙，降低介质表面绝缘电阻，缩短电极间径，银离子迁移容易产生短路现象。

3.陶瓷电容器在高温条件下击穿机理
半密封陶瓷电容器在高湿度环境条件下工作时，击穿故障是一个常见的严重问题。击穿现象可分为介质击穿和表面极间飞弧击穿。根据发生时间的早晚，介质击穿可分为早期击穿和老化击穿。早期击穿暴露了电容介质材料和生产工艺的缺陷，导致陶瓷介质介电强度显著降低，因此在高湿度环境的电场作用下，电容器在耐压试验或工作初期产生电击穿。老化击穿主要属于电化学击穿的范畴。由于陶瓷电容器银的迁移，陶瓷电容器的电解老化击穿已成为一个相当常见的问题。银迁移形成的导电分支会局部增加漏电流，导致热击穿，导致电容器断裂或烧毁。热击穿现象主要发生在管形或圆形小型瓷介质电容器中，由于局部热严重，较薄的管壁或较小的瓷体容易烧坏或断裂。
此外，在以二氧化钛为主的陶瓷介质中，二氧化钛件下也可能产生二氧化钛的还原反应，使钛离子从四个价格变为三个价格。陶瓷介质的老化显著降低了电容器的介电强度，可能导致电容器击穿。因此，这种陶瓷电容器的电解击穿比不含二氧化钛的陶瓷介质电容器更严重。
银离子迁移导致电容器极间边缘电场严重畸变，高湿度环境下陶瓷介质表面凝结水膜，显著降低电容器边缘表面电晕放电电压，在工作条件下产生极间飞弧。严重时，电容器表面的极间飞弧被击穿。表面击穿与电容器结构、极间距离、负载电压、保护层的疏水性和渗透性有关。边缘表面极间飞弧击穿的主要原因是介质边缘较小，在潮湿环境下工作的银离子迁移和表面水膜形成使电容器边缘表面绝缘。由于银离子迁移的产生和发展需要一段时间，在耐压试验初期，故障模式主要是介质击穿，直到试验500h以后只要失效模式过度击穿边缘表面的极间飞弧。

4.改进电极材料
陶瓷电容器一直使用银电极。银离子迁移和钛陶瓷介质加速老化是陶瓷电容器故障的主要原因。一些制造商生产陶瓷电容器不再使用银电极，而是使用镍电极，在陶瓷基板上使用化学镀镍工艺。由于镍的化学稳定性优于银，电迁移率低，陶瓷电容器的性能和可靠性得到了提高。
又如，以银做电极的独石低频瓷介质电容器，由于银电极和瓷料在900℃下一次烧结时，瓷器不能获得致密的陶瓷介质，气孔率大；此外，银电极常用的助溶剂氧化钡会渗透到瓷体中，依靠氧化钡与银在高温下良好的渗透相互熔化能力，导致电极和介质内的热扩散，即宏观上看到的瓷吸银现象。氧化钡进入瓷体后，银大大降低了介质的有效厚度，降低了产品的绝缘电阻和可靠性。为了提高独石电容器的可靠性，用银钯电极代替通常含有氧化钡的电极，并在材料配方中添加了1%的5%#玻璃粉。消除金属电极在下一次高温烧结时向瓷介质层的热扩散，可促进瓷烧结的致密性，大大提高产品的性能和可靠性。与原工艺和介质材料相比，电容器的可靠性提高了1~2个数量级。

5.叠片陶瓷电容器断裂
折叠陶瓷电容器最常见的故障是断裂，这是由折叠陶瓷电容器本身介质的脆性决定的。由于折叠陶瓷电容器直接焊接在电路板上，直接承受电路板的各种机械应力，而引线陶瓷电容器可以通过引脚吸收电路板的机械应力。因此，对于折叠陶瓷电容器，不同热膨胀系数或电路板弯曲引起的机械应力将是折叠陶瓷电容器断裂的主要因素。

6.叠片陶瓷电容器断裂分析
折叠陶瓷电容器机械断裂后，断裂处的电极绝缘间距将低于击穿电压，导致两个或两个以上电极之间的电弧放电，完全损坏折叠陶瓷电容器。
折叠陶瓷电容器机械断裂的主要预防方法是：尽量减少电路板的弯曲，减少电路板上陶瓷贴片电容器的应力，减少折叠陶瓷电容器与电路板热膨胀系数的差异。
如何降低折叠陶瓷电容器在电路板上的应力将在下面另行描述，这里不再重复。减少折叠陶瓷电容器与电路板热膨胀系数的差异引起的机械应力，可通过选择包装尺寸小的电容器减缓，如铝基板应尽可能包装在1810以下，如果电容量不足可以采用多并联方法或折叠方法，也可以采用引脚包装形式的陶瓷电容器。

7.陶瓷电容器的电极端被熔化
波峰焊接叠片陶瓷电容器时，电极端可能被焊锡熔化。主要原因是波峰焊叠片陶瓷电容器接触高温焊料时间过长。目前市场上的叠片陶瓷电容器分为适用于回流焊工艺和波峰焊工艺。如果将适用于回流焊工艺的叠片陶瓷电容器用于波峰焊，很可能会发生叠片陶瓷电容器电极端头的熔化。对于不同焊接工艺下可承受的高温焊锡的时间特性，详细描述了后面适用于叠片陶瓷电容器的注意事项，这里就不赘述了。

消除的方法是在使用峰值焊接工艺时，尽量使用符合峰值焊接工艺的堆叠陶瓷电容器；或尽量不使用峰值焊接工艺。