多層陶瓷電容器（Multi-Layer Ceramic Capacitors，MLCC）常見的失效模式與常見故障匯總分類 ：
介質(zhì)擊穿、開路、電參數(shù)變化（電容量超差、損耗角正切值增大、絕緣電阻下降或漏電流上升等）、引線腐蝕或斷裂、絕緣子破裂或表面飛弧等。
鉭電解電容器—電壓過載擊穿燒毀；浪涌電壓沖擊漏電流增大；極性反向短路；高溫降額不足失效；
鋁電解電容器—漏電流增大擊穿；極性反向短路；高溫降額不足失效；
有機(jī)薄膜電容器—熱沖擊失效；寄生電感過大影響高頻電路功能實(shí)現(xiàn)；
MLCC（2類）—SMT工藝不當(dāng)導(dǎo)致斷裂或絕緣失效；Y5V溫度特性不佳導(dǎo)致電路故障；
MLCC（1類）—RF設(shè)計(jì)選型匹配。
PCBA受力彎曲示意圖
引起MLCC失效的原因多種多樣，各種MLCC的材料、結(jié)構(gòu)、制造工藝、性能和使用環(huán)境不相同，失效機(jī)理也不一樣。
通過對(duì)過往失效樣品分析可知，常見的失效機(jī)理有：內(nèi)部分層、介質(zhì)缺陷、金屬離子遷移、介電老化等。同一失效模式有多種失效機(jī)理，同一失效機(jī)理可產(chǎn)生多種失效模式，兩者并非一一對(duì)應(yīng)的。
MLCC斷裂
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，貼片電容MLCC現(xiàn)在已可以做到幾百層甚至上千層了，每層是微米級(jí)的厚度。所以稍微有點(diǎn)形變就容易使其產(chǎn)生裂紋。另外同樣材質(zhì)、尺寸和耐壓下的貼片電容MLCC，容量越高，層數(shù)就越多，每層也越薄，于是越容易斷裂。
另外一個(gè)方面是，相同材質(zhì)、容量和耐壓時(shí)，尺寸小的電容要求每層介質(zhì)更薄，導(dǎo)致更容易斷裂。裂紋的危害是漏電，嚴(yán)重時(shí)引起內(nèi)部層間錯(cuò)位短路等安全問題。而且裂紋有一個(gè)很麻煩的問題是，有時(shí)比較隱蔽，在電子設(shè)備出廠檢驗(yàn)時(shí)可能發(fā)現(xiàn)不了，到了客戶端才正式暴露出來。所以防止貼片電容MLCC產(chǎn)生裂紋意義重大。
關(guān)于MLCC失效原因分析及改善措施
在產(chǎn)品正常使用情況下，失效的根本原因是MLCC 外部或內(nèi)部存在如開裂、孔洞、分層等各種微觀缺陷。這些缺陷直接影響到MLCC產(chǎn)品的電性能、可靠性，給產(chǎn)品質(zhì)量帶來嚴(yán)重的隱患。
外部因素：裂紋
1、溫度沖擊裂紋(Thermal Crack)
主要由于器件在焊接特別是波峰焊時(shí)承受溫度沖擊所致，不當(dāng)返修也是導(dǎo)致溫度沖擊裂紋的重要原因。
當(dāng)貼片電容MLCC受到溫度沖擊時(shí)，容易從焊端開始產(chǎn)生裂紋。在這點(diǎn)上，小尺寸電容比大尺寸電容相對(duì)來說會(huì)好一點(diǎn)，其原理就是大尺寸的電容導(dǎo)熱沒這么快到達(dá)整個(gè)電容，于是電容本體的不同點(diǎn)的溫差大，所以膨脹大小不同，從而產(chǎn)生應(yīng)力。這個(gè)道理和倒入開水時(shí)厚的玻璃杯比薄玻璃杯更容易破裂一樣。
另外，在貼片電容MLCC焊接過后的冷卻過程中，貼片電容MLCC和PCB的膨脹系數(shù)不同，于是產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋。要避免這個(gè)問題，回流焊時(shí)需要有良好的焊接溫度曲線。如果不用回流焊而用波峰焊，那么這種失效會(huì)大大增加。
MLCC更是要避免用烙鐵手工焊接的工藝。然而事情總是沒有那么理想。烙鐵手工焊接有時(shí)也不可避免。比如說，對(duì)于PCB外發(fā)加工的電子廠家，有的產(chǎn)品量特少，貼片外協(xié)廠家不愿意接這種單時(shí)，只能手工焊接；樣品生產(chǎn)時(shí)，一般也是手工焊接；特殊情況返工或補(bǔ)焊時(shí)，必須手工焊接；修理工修理電容時(shí)，也是手工焊接。無法避免地要手工焊接MLCC時(shí)，就要非常重視焊接工藝。
2、機(jī)械應(yīng)力裂紋(Flex Crack)
MLCC多層陶瓷電容器的特點(diǎn)是能夠承受較大的壓應(yīng)力，但抗彎曲能力比較差。器件組裝過程中任何可能產(chǎn)生彎曲形變的操作都可能導(dǎo)致器件開裂。
常見應(yīng)力源有：貼片對(duì)中，工藝過程中電路板操作；流轉(zhuǎn)過程中的人、設(shè)備、重力等因素；通孔元器件插入；電路測試、PCBA板分割(v-cut or 銑刀分板)；電路板安裝；電路板定位鉚接；螺絲安裝等。該類裂紋一般起源于器件上下金屬化端，沿45℃角向器件內(nèi)部擴(kuò)展。該類缺陷也是實(shí)際發(fā)生最多的一種類型缺陷。
（1）產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力因素：
① 測試探針導(dǎo)致PCB 彎曲；
② 超過PCB 的彎曲度及對(duì)PCB 的破裂式?jīng)_擊；
可采用的應(yīng)對(duì)措施 ：
③ 吸嘴貼裝（貼裝吸嘴下壓壓力過大及下壓距離過深）及定中爪固定造成沖擊；
產(chǎn)品在電路板貼裝時(shí)，不應(yīng)該受到過大的沖擊，必須定期對(duì)吸頭和定位爪進(jìn)行檢查、維修和更換。
④ 過多焊錫量（如一端共用焊盤）。
⑤ 手工焊接環(huán)節(jié)：焊接過程烙鐵頭或防靜電鑷子按壓器件本體、器件兩端頭焊錫量過多或不均勻，可造成開裂，如下圖。
⑥ 印制板清洗環(huán)節(jié)：手工清洗用力過大、清洗方法錯(cuò)誤或清洗刷頭過硬，可造成開裂；若器件在前工序已造成了內(nèi)部裂紋存在，則MLCC在清洗工序中可能造成電極和陶瓷本體脫落的現(xiàn)象。
（2）機(jī)械應(yīng)力裂紋產(chǎn)生原理：
MLCC 的陶瓷體是一種脆性材料。如果PCB 板受到彎曲時(shí)，它會(huì)受到一定的機(jī)械應(yīng)力沖擊。當(dāng)應(yīng)力超過MLCC 的瓷體強(qiáng)度時(shí)，彎曲裂紋就會(huì)出現(xiàn)。因此，這種彎曲造成的裂紋只出現(xiàn)在焊接之后。
① PCB 板彎曲時(shí)在不同位置受到的應(yīng)力大小不同：元件裝配接近PCBA分板點(diǎn)；
應(yīng)力大小對(duì)比：1＞2≈3＞4＞5
可采用的應(yīng)對(duì)措施 ：
② PCB 板彎曲導(dǎo)致的開裂（產(chǎn)品擺放方向）：開裂產(chǎn)生于產(chǎn)品接近或者垂直于分板線；
③ 焊錫量過多引起PCB 板彎曲導(dǎo)致開裂：過多的焊錫量。
內(nèi)部因素：空洞、裂紋、分層
1、陶瓷介質(zhì)內(nèi)空洞 (Voids)
導(dǎo)致空洞產(chǎn)生的主要因素為陶瓷粉料內(nèi)的有機(jī)或無機(jī)污染，燒結(jié)過程控制不當(dāng)?shù)取？斩吹漠a(chǎn)生極易導(dǎo)致漏電，而漏電又導(dǎo)致器件內(nèi)部局部發(fā)熱，進(jìn)一步降低陶瓷介質(zhì)的絕緣性能從而導(dǎo)致漏電增加。該過程循環(huán)發(fā)生，不斷惡化，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致多層陶瓷電容器開裂、爆炸，甚至燃燒等嚴(yán)重后果。
2、燒結(jié)裂紋 (Firing Crack)
燒結(jié)裂紋常起源于一端電極，沿垂直方向擴(kuò)展。主要原因與燒結(jié)過程中的冷卻速度有關(guān)，裂紋和危害與空洞相仿。
3、分層 (Delamination)
多層陶瓷電容器（MLCC）的燒結(jié)為多層材料堆疊共燒。燒結(jié)溫度可以高達(dá)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。分層和空洞、裂紋的危害相仿，為重要的多層陶瓷電容器內(nèi)在缺陷。
MLCC失效的檢測方法
對(duì)于外部缺陷，通常采用顯微鏡下人工目測法或自動(dòng)外觀分選設(shè)備。而內(nèi)部微小缺陷一直是MLCC檢測的難點(diǎn)之一，它嚴(yán)重影響到產(chǎn)品的可靠性，卻又難以發(fā)現(xiàn)。超聲波探傷方法能夠更精確地檢測出MLCC內(nèi)部的缺陷，從而分選出不良品，提高M(jìn)LCC的擊穿電壓與高壓可靠性。
關(guān)于超聲波探傷儀
利用超聲波的穿透與反射(表面波和底波)的特性來檢測物體中的缺陷。采用超聲波探傷儀能準(zhǔn)確地找出有缺陷的MLCC 產(chǎn)內(nèi)部微缺陷，并且能夠確定缺陷的位置，進(jìn)一步的磨片分析，對(duì)于發(fā)現(xiàn)有內(nèi)部缺陷的產(chǎn)品則采用整批報(bào)廢處理，表明了超聲波探傷方法在MLCC內(nèi)部缺陷的檢測、判定上的有效性與可靠性。
正常樣品：樣品掃描照片整體顏色為綠黃色，表示樣品本體顯示正常。部分樣品邊緣出現(xiàn)紅藍(lán)色，是由于樣品邊緣表面高度不均勻造成，屬于正常現(xiàn)象。
異常樣品：樣品本體顏色會(huì)出現(xiàn)紅藍(lán)色，則會(huì)再次對(duì)可疑樣品進(jìn)行掃描確認(rèn)。
超聲波掃描后的樣品成像
其他元器件及IC產(chǎn)品失效分析
不止MLCC失效分析，還可以對(duì)其他電子元器件及IC產(chǎn)品進(jìn)行失效分析。電子元器件失效分析對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用都具有重要的意義，通過分析工藝廢次品、早期失效、試驗(yàn)失效、中試失效以及現(xiàn)場失效的樣品，確認(rèn)失效模式、分析失效機(jī)理，明確失效原因，最終給出預(yù)防對(duì)策，減少或避免失效的再次發(fā)生。
常見的IC失效模式
失效模式：靜電損傷、金屬電遷移、芯片粘結(jié)失效、過電應(yīng)力損失、金屬疲勞、熱應(yīng)力、電遷移失效、物理損傷失效、塑料封裝失效、引線鍵合失效。
失效檢測分析方法
1、電特性測試：
通常應(yīng)用于失效分析初步階段，目的是通過掌握樣品電參數(shù)或功能失效狀況，方便為進(jìn)一步分析作準(zhǔn)備。
2、觀察量測：
通過觀察IC外部/內(nèi)部外觀&結(jié)構(gòu)，確認(rèn)IC異常位置及具體狀況。該類測試一般與DPA(即破壞性物理分析)結(jié)合使用。
3、DPA破壞性測試：
通過液體侵蝕、機(jī)械破壞、激光切割等破壞方式，對(duì)IC內(nèi)部具體失效位置進(jìn)行定位及呈現(xiàn)。
4、可靠度測試：
是通過使用各種環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，模擬氣候環(huán)境中的高溫、低溫、高溫高濕以及溫度變化等情況，驗(yàn)證IC壽命及性能穩(wěn)定性。
結(jié)論：
MLCC屬于新型電子元器件，是電子信息產(chǎn)品不可或缺的基本組件之一；它在各類軍用、民用電子產(chǎn)品的多種電路中被廣泛應(yīng)用。
因此，MLCC的裝焊質(zhì)量控制顯得尤為重要，所以產(chǎn)品的可靠性不僅是設(shè)計(jì)出來的，也是生產(chǎn)出來的，而檢驗(yàn)只能驗(yàn)證產(chǎn)品的可靠性，不能提高產(chǎn)品的可靠性；從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、過程管控三管齊下，才是實(shí)現(xiàn)高可靠MLCC裝焊的三個(gè)基本途徑。
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