MLCC漏電失效分析
1. 案例背景
客戶端在老化實(shí)驗(yàn)測試階段發(fā)現(xiàn)MLCC出現(xiàn)漏電失效，其不良比率不詳，該MLCC焊接工藝為回流焊接工藝。 2. 分析方法簡述 通過外觀檢查OK樣品與NG樣品表面未見明顯異常。
通過X射線透視檢查，OK樣品和NG樣品內(nèi)部均未發(fā)現(xiàn)裂紋孔洞等異常。 
將OK樣品和NG樣品分別切片，然后在金相顯微鏡下放大拍照觀察MLCC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，NG樣品電容內(nèi)部存在鎳瘤及熱應(yīng)力裂紋，而OK樣品未見異常。 
通過對樣品剖面SEM/EDS分析， NG樣品電容內(nèi)部電極層不連續(xù)，存在明顯鎳瘤；其鎳瘤周圍多條向外延伸裂紋并在裂縫通道內(nèi)發(fā)現(xiàn)明顯碳化痕跡（EDS結(jié)果中C含量高達(dá)50%），此應(yīng)為熱應(yīng)力裂紋，裂紋的存在直接導(dǎo)致電容性能異常；而OK樣品電容內(nèi)部電極層連續(xù)，陶瓷介質(zhì)層致密未發(fā)現(xiàn)孔洞及鎳瘤，電容性能良好。 
3. 分析與討論 失效模式分析： 多層陶瓷電容器（MLCC）本身的內(nèi)在可靠性十分優(yōu)良，可長時間穩(wěn)定使用。但如果器件本身存在缺陷或在組裝過程中引入缺陷，則會對可靠性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。陶瓷多層電容器（MLCC）失效的原因一般分為外部因素和內(nèi)在因素。內(nèi)在因素包括: 陶瓷介質(zhì)內(nèi)空洞、介質(zhì)層分層；外部因素包括：熱應(yīng)力裂紋及機(jī)械應(yīng)力裂紋。 1)陶瓷介質(zhì)內(nèi)的孔洞 所謂的陶瓷介質(zhì)內(nèi)的孔洞是指在相鄰電極間的介質(zhì)層中存在較大的孔洞，這些孔洞由于內(nèi)部可能含有水汽或離子，在端電極間施加電壓時，降低此處的耐壓強(qiáng)度，導(dǎo)致此處發(fā)生過電擊穿現(xiàn)象。 2)介質(zhì)層分層 多層陶瓷電容的燒結(jié)為多層材料堆疊共燒，燒結(jié)溫度在1000℃以上。層間結(jié)合力不強(qiáng)，燒結(jié)過程中內(nèi)部污染物揮發(fā)，燒結(jié)工藝控制不當(dāng)都可能導(dǎo)致分層的發(fā)生。值得一提的是，某些分層還可能導(dǎo)致陶瓷介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，或在介質(zhì)層內(nèi)出現(xiàn)斷續(xù)的電極顆粒等，這些都與電容器的生產(chǎn)工藝有關(guān)。分層的直接影響是絕緣電阻降低，電容量減小。 3)熱應(yīng)力裂紋 實(shí)際使用中各種溫度沖擊往往容易產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱應(yīng)力產(chǎn)生的裂紋主要分布區(qū)域?yàn)樘沾煽拷穗姌O的兩側(cè)，常見的表現(xiàn)形式為貫穿瓷體的裂紋，有的裂紋與內(nèi)電極呈現(xiàn)90°。需要強(qiáng)調(diào)的是，這些裂紋產(chǎn)生后，不一定在現(xiàn)場就表現(xiàn)出實(shí)效，大多數(shù)是在使用一段時間后，水汽或離子進(jìn)入裂紋內(nèi)部，致使電容的絕緣電阻降低而導(dǎo)致電容失效。 4)機(jī)械應(yīng)力裂紋 多層陶瓷電容器（MLCC）的特點(diǎn)是能夠承受較大的壓應(yīng)力，但抵抗彎曲能力比較差。器件組裝過程中任何可能產(chǎn)生彎曲變形的操作都可能導(dǎo)致器件開裂。常見的應(yīng)力源有：工藝過程電路板流轉(zhuǎn)操作；流轉(zhuǎn)過程中的人、設(shè)備、重力等因素；元件接插操作；電路測試；單板分割；電路板安裝；電路板定位鉚接；螺絲安裝等。該裂紋一般源于器件上下金屬化端子，沿45°向器件內(nèi)部擴(kuò)展，詳見圖23。 
案例失效分析與討論 通過外觀檢查OK樣品與NG樣品表面均完好，未見裂紋、破損等異常。 通過X-ray透視檢查，OK樣品和NG樣品內(nèi)部均未發(fā)現(xiàn)裂紋孔洞等異常。 將OK樣品和NG樣品分別切片，然后在金相顯微鏡下放大拍照觀察MLCC內(nèi)部結(jié)構(gòu)，NG樣品電容內(nèi)部存在鎳瘤及熱應(yīng)力裂紋，而OK樣品未見異常。 通過對樣品剖面SEM/EDS分析， NG樣品電容內(nèi)部電極層不連續(xù)，存在明顯鎳瘤；其鎳瘤周圍多條向外延伸裂紋并在裂縫通道內(nèi)發(fā)現(xiàn)明顯碳化痕跡（EDS結(jié)果中C含量高達(dá)50%），此應(yīng)為熱應(yīng)力裂紋，裂紋的存在直接導(dǎo)致電容性能異常；而OK樣品電容內(nèi)部電極層連續(xù)，陶瓷介質(zhì)層致密未發(fā)現(xiàn)孔洞及鎳瘤，電容性能良好。 4. 結(jié)論 綜合測試分析可知，導(dǎo)致產(chǎn)品測試異常的原因?yàn)椋篘G失效的根本原因在于電容本身質(zhì)量問題，其內(nèi)部存在鎳瘤，鎳瘤的存在使熱應(yīng)力裂紋的萌生產(chǎn)生了可能。 建議：對MLCC每批來料進(jìn)行抽檢做切片分析，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在來料不良問題。 5. 參考標(biāo)準(zhǔn) GJB 548B-2005 微電子器件失效分析程序-方法5003 IPC-TM-650 2.1.1-2004手動微切片法 GB/T 17359-2012 電子探針和掃描電鏡X射線能譜定量分析通則
編輯：admin 最后修改時間：2017-09-05
