陶瓷电容作为一种重要的电子元件，在各种电路中扮演着关键角色。然而，陶瓷电容也存在一些失效模式和机理，我们有必要对其进行深入了解。
首先，陶瓷电容可能会出现短路故障，这可能是由于材料缺陷或电极接触不良等问题引起的。当发生短路时，
电容器无法正常工作，并对整个电路造成干扰甚至损坏。
另外，陶瓷电容还可能遭遇开路故障，即内部断裂或电极与陶瓷层之间的连接失效。这将导致电容器无法存储或释放电荷，从而导致电路中断。
此外，陶瓷电容的介质可能会随时间推移而老化，特别是长期使用或环境条件的变化可能导致容量和电性能发生变化。
温度对陶瓷电容的性能也有重要影响。高温环境下，陶瓷材料膨胀可能增加内部应力，导致断裂或失效。
这些失效模式与一系列机理密切相关。材料缺陷、应力和振动、湿度和环境条件，以及温度变化都可能导致陶瓷电容的失效。了解这些模式和机理将使我们能够更好地设计和使用陶瓷电容，从而提高电路的可靠性和稳定性。
一、陶瓷电容器失效模式
陶瓷电容器的耐压故障通常可分为以下三种情况：
电极边缘陶瓷穿透（击穿点在银面边缘）
可能的原因包括：
粉末及其配方问题
平边密实性差
此失效模式的具体表现为：
银边边缘出现针孔
银面边缘存在针孔，并导致部分陶瓷爆裂
出现裂纹，先是针孔，然后是裂纹，元件表面可能出现烧蚀和碳化的小黑点，新的裂纹形成。
应采取的具体措施包括：
及时向前端流程反馈信息，要求改进和提高地面整体抗压水平。
2、第二种方式：陶瓷芯片沿边导电或陶瓷芯片边沿断裂损坏（击穿点在元件一侧）
导致这种失效的可能原因包括：
素地表面存在污渍，例如银、助焊剂、油、焊渣等。
涂料中含有导电杂质。
涂料中出现气泡。
涂层密度不均匀。
封装层固化不充分。
具体过程中失效模式的表现包括：
出现十字弧形击穿。
发生收起现象。
侧边发生爆裂。
为解决这些问题，可以采取以下具体措施：
控制元件外观，注意扩散和侧银问题。
合理控制通量水平，控制瓷砖浸入深度。
定期彻底清理锡槽内的锡渣和其他杂质。
确保涂层绝缘质量，并提供相应的质量证明。
确保涂层封装和固化过程的质量，采取必要的质量保障措施。
通过以上措施的实施，可以提高陶瓷电容器的耐压性能，并减少陶瓷芯片沿边导电或边沿断裂损坏的情况发生。
3、第三种方式：电极中的陶瓷芯片被击穿（击穿点在元件中心（银面）及其周围位置）
（1）潜在原因：
• 密度不足
• 存在裂纹、气泡、导电杂质等问题
（2）潜在故障模式的具体表现：
• 元件中心及周边出现针孔现象
• 针对元件中心及周边出现针孔，同时部分陶瓷可能发生爆裂
• 出现裂纹（先是针孔，紧接着出现裂纹），元件表面可能出现烧蚀和碳化的小黑点，裂纹为新形成的痕迹
（3）应对措施：
• 控制元件外观，重视扩散和侧银问题
• 合理控制通量水平，控制瓷砖浸入深度
• 定期全面清理锡槽内的锡渣和其他杂质
• 确保涂层绝缘质量，并提供相关质量证明书
• 做好涂层封装和固化过程的质量保证工作
通过采取上述措施，可以改善陶瓷电容器的密实度，减少针孔和裂纹的发生，提高产品的可靠性和性能。
二、陶瓷电容失效的 7 个原因
湿度对电气参数劣化的影响
当环境中湿度过高时，水膜会在陶瓷电容外壳表面形成，从而降低其表面绝缘电阻。湿气还可以渗入半密封电容器的介质中，导致电容介质的绝缘电阻和能力下降。同时，高温和高湿环境也会严重影响陶瓷电容的性能。
银离子迁移的后果
大多数无机介电陶瓷电容使用银电极。当半密封电容暴露在高温下时，水分子渗透到电容器中会引发电解反应。
在阳极上发生氧化反应，产生氢氧化银；在阴极上发生还原反应，生成银和水。银离子通过电极反应在阳极上不断还原，并形成不连续的金属银颗粒，通过水层相互连接并延伸到阳极，形成树状结构。
银离子不仅会在无机介质的表面迁移，还会向内部扩散，增加漏电流。在极端情况下，银电极之间可能完全短路，导致陶瓷电容失效。
离子迁移还会严重损坏正极表面的银层。在引线焊点和电极表面的银层之间形成具有半导体性质的氧化银，增加非介质电容的等效串联电阻，提高电容器的损耗，导致电容器的性能下降。
陶瓷电容的电容减小
随着正极有效面积的减小，陶瓷电容的电容值也会减小。在无机介电陶瓷电容的两个电极之间的介电体表面存在具有半导体性质的氧化银，会降低表面绝缘电阻。当银离子迁移严重时，两个电极之间可能形成树枝状的银桥，大大降低电容的绝缘电阻。
综上所述，银离子迁移不仅会降低开放式无机介电陶瓷电容的电性能，还可能导致介电击穿场强度降低，从而导致陶瓷电容失效。
需要注意的是，由于银电极的使用，低频陶瓷单晶电容器比其他类型的陶瓷介质电容器更容易出现银离子迁移故障。
在银电极与陶瓷介质的初始烧结过程中，银参与了陶瓷介质表面的固相反应，并渗透到陶瓷-银接触点形成界面层。如果陶瓷介质的密度不够高，银离子不仅可以在陶瓷介质表面迁移，还能够穿过陶瓷介质层。多层层压结构存在多个间隙，电极定位困难，介质表面边缘数量有限。
3、陶瓷电容在高温条件下的击穿机理
当半密封陶瓷电容在高湿度环境中使用时，击穿故障是一个常见的严重问题。
发生的两种类型的击穿是介电击穿和表面电弧击穿。根据发生的时间，介电击穿可分为早期击穿或老化击穿。
早期故障揭示了陶瓷电容介电材料的缺陷和制造技术，由于这些缺陷，陶瓷电介质的介电强度显着降低。
陶瓷电容在耐压试验期间或在运行初期，由于电场在高湿度环境中的作用，会发生电击穿。电化学击穿是最常见的老化击穿类型。由于陶瓷电容中银的迁移，电解老化击穿已成为一个相当普遍的问题。
银迁移产生的导电枝晶会局部增加漏电流，导致热击穿和陶瓷电容破裂或烧坏。
由于击穿过程中局部发热较高，而较薄的管壁或较小的陶瓷体容易烧毁或破裂，因此热击穿最常发生在管状或圆盘状微型陶瓷介电电容中。
此外，在主要由二氧化钛构成的陶瓷介质中 ， 二氧化钛在应力环境下可能发生还原反应 ，导致钛离子从四价转变为三价。
当陶瓷电介质老化时，陶瓷电容的介电强度会大大降低，可能导陶瓷电容故障。因此，这些陶瓷电容的电解击穿比不含 二氧化钛的陶瓷介质电容更严重。
银离子的迁移使陶瓷电容电极间的电场发生畸变，并且由于高湿度环境下陶瓷介质表面的冷凝水膜，陶瓷电容边缘表面的电晕放电电压急剧下降，导致表面电弧现象。
在极端情况下，银离子的迁移会导致陶瓷电容表面电极之间的电弧击穿。表面击穿受电容结构、电极间距离、负载电压、保护层疏水性和透湿性等参数的影响。
边缘表面电极之间产生电弧的主要原因是电介质中残留的边缘量很小， 离子迁移在潮湿环境中工作时会产生表面水层，使陶瓷电容的边缘表面绝缘。银离子迁移的形成和发展需要一段时间 ，因此，耐压试验中的主要失效模式是介质击穿。
然而，经过 500 小时的测试，唯一的故障模式是边缘表面之间的过度电弧击穿。
4、电极材料的改进
银电极长期以来一直用于陶瓷电容。
陶瓷电容失效的主要原因是银离子迁移和由此导致的含钛陶瓷电介质加速老化。
在陶瓷电容器的制造中，一些生产商已经使用 镍电极代替银电极，并且在陶瓷基板上使用了化学镀镍。陶瓷电容的性能和可靠性得到提高，因为镍的化学稳定性 优于银，并且电迁移率低。
例如，以银为电极的单片低频陶瓷介质电容，由于银电极与陶瓷材料在900℃下一次烧结，陶瓷材料无法获得致密的陶瓷介质，因此孔隙率较大，孔隙率大。
另外， 银电极被广泛使用，助溶剂氧化钡会渗透到瓷体内部，依靠氧化钡和银在高温下良好的渗透“互熔”能力，在电极和介质内部产生热扩散，产生肉眼可见的“瓷器”。吸收” 银和氧化钡进入瓷体后，介质的有效厚度大大降低，导致绝缘电阻和产品可靠性下降。
使用银钯电极代替一般含有氧化钡的电极，材料配方中加入1%的5#玻璃料提高独石电容的可靠性。可以防止金属电极在高温首次烧结过程中热迁移到陶瓷介电层，使陶瓷材料更快地烧结和致密化，提高产品的性能和耐用性。与原工艺和介质材料相比，电容的可靠性提高了1~2个数量级。
总结一下：
为了改进陶瓷电容的电极材料，一些制造商已经开始使用镍电极代替银电极并在陶瓷基板上使用化学镀镍。这种改进能够提高陶瓷电容的性能和可靠性，因为镍具有更好的化学稳定性，且电迁移率较低。
使用银电极的陶瓷电容器在烧结过程中会导致瓷体内部的孔隙率增加，从而影响陶瓷介质的致密性。此外，银电极与氧化钡的反应也会导致介质有效厚度的降低，影响绝缘电阻和产品可靠性。
通过使用银钯电极代替含氧化钡的电极，并在材料配方中添加玻璃料，可以提高陶瓷电容的可靠性。这种改进可以防止金属电极在高温烧结过程中热迁移到陶瓷介电层，使陶瓷材料更快地烧结和致密化，提升产品的性能和耐用性。
总的来说，通过改进电极材料和工艺，陶瓷电容的性能和可靠性可以得到显著提高。
总结一下：
叠层陶瓷电容常见的失效模式是断裂，这是由于电介质的脆性所致。叠层陶瓷电容直接焊接在电路板上，因此会承受机械应力，而引线式陶瓷电容则通过引脚吸收机械应力。
机械应力是导致叠层陶瓷电容破裂的主要原因，可以由热膨胀系数不匹配或电路板弯曲引起。
一旦叠层陶瓷电容发生机械破裂，断裂处的电极绝缘分离将小于击穿电压，从而导致电弧放电，使叠层陶瓷电容完全失效。
为了防止叠层陶瓷电容的机械断裂，可以尽量减少线路板的弯曲，减小陶瓷贴片电容与线路板的热膨胀系数差异。选择尺寸较小的陶瓷电容也可以减少机械应力。使用铝基电路板时，应选择尽可能小的封装尺寸，并可以采用并联或叠片的方式解决，或者使用管脚封装形式的陶瓷电容。这些措施有助于减少机械应力，从而防止叠层陶瓷电容的断裂。
小结
总结：
本文介绍了陶瓷电容的三种失效模式：介电击穿、表面电弧击穿和断裂。其中，介电击穿主要是由于老化或银离子迁移引起的，可以通过控制电解条件和材料改进来减少；表面电弧击穿主要受到电容结构和保护层等因素影响，需要注意维持适当的工作环境和使用条件；断裂则是由于电介质的脆性和机械应力导致的，可以通过减小热膨胀系数差异、减少线路板弯曲和选择合适尺寸的陶瓷电容来解决。
此外，本文还提到了陶瓷电容的七种失效原理：电介质破坏、电极与电介质界面失效、内部电极损伤、金属电极氧化、压电效应、温度变化和湿度变化。相应的解决办法包括优化电介质材料、改进电极材料、增强电极与电介质之间的粘附、控制使用环境和加强产品测试等。
这些信息希望能对读者了解陶瓷电容的失效机制以及如何解决相关问题提供帮助。
关键词：罗姆电源管理
