陶瓷電容的失效原因分析及應(yīng)用注意事項(xiàng)

陶瓷電容用高介電常數(shù)的電容器陶瓷擠壓成圓管、圓片或圓盤(pán)作為介質(zhì)，并用燒滲法將銀鍍?cè)谔沾缮献鳛殡姌O制成。具有小的正電容溫度系數(shù)的電容器，用于高穩(wěn)定振蕩回路中，作為回路電容器及墊整電容器。而陶瓷電容使用在不合適的電路中很容易失效。對(duì)于銀電極陶瓷電容器，可能會(huì)出現(xiàn)以下的失效形式。

1.潮濕對(duì)電參數(shù)惡化的影響

空氣中濕度過(guò)高時(shí)，水膜凝聚在電容器外殼表面，可使電容器的表面絕緣電阻下降。此外，對(duì)于半密封結(jié)構(gòu)電容器來(lái)說(shuō)，水分還可滲透到電容器介質(zhì)內(nèi)部，使電容器介質(zhì)的絕緣電阻絕緣能力下降。因此，高溫、高濕環(huán)境對(duì)電容器參數(shù)惡化的影響極為顯著。經(jīng)烘干去濕后電容器的電性能可獲改善，但是水分子電解的后果是無(wú)法根除的。例如，電容器的工作于高溫條件下，水分子在電場(chǎng)作用下電解為氫離子（H+）和氫氧根離子（OH-），引線(xiàn)根部產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。即使烘干去濕，也不可能使引線(xiàn)復(fù)原。

2.銀離子遷移的后果

無(wú)機(jī)介質(zhì)電容器多半采用銀電極，半密封電容器在高溫條件下工作時(shí)，滲入電容器內(nèi)部的水分子產(chǎn)生電解。在陽(yáng)極產(chǎn)生氧化反應(yīng)，銀離子與氫氧根離子結(jié)合生產(chǎn)氫氧化銀；在陰極產(chǎn)生還原反應(yīng)，氫氧化銀與氫離子反應(yīng)生成銀和水。由于電極反應(yīng)，陽(yáng)極的銀離子不斷向陰極還原成不連續(xù)金屬銀粒，靠水膜連接成樹(shù)狀向陽(yáng)極延伸。銀離子遷移不僅發(fā)生在無(wú)機(jī)介質(zhì)表面，還能擴(kuò)散到無(wú)機(jī)介質(zhì)內(nèi)部，引起漏電流增大，嚴(yán)重時(shí)可使用兩個(gè)銀電極之間完全短路，導(dǎo)致電容器擊穿。

離子遷移可嚴(yán)重破壞正電極表面銀層，引線(xiàn)焊點(diǎn)與電極表面銀層之間，間隔著具有半導(dǎo)體性質(zhì)的氧化銀，使無(wú)介質(zhì)電容器的等效串聯(lián)電阻增大，金屬部分損耗增加，電容器的損耗角正切值顯著上升。

由于正電極有效面積減小，電容器的電容量會(huì)因此而下降。表面絕緣電阻則因無(wú)機(jī)介質(zhì)電容器兩電極間介質(zhì)表面上存在氧化銀半導(dǎo)體而降低。銀離子遷移嚴(yán)重時(shí)，兩電極間搭起樹(shù)枝狀的銀橋，使電容器的絕緣電阻大幅度下降。

3.高溫條件下陶瓷電容器擊穿機(jī)理

半密封陶瓷電容器在高濕度環(huán)境條件下工作時(shí)，發(fā)生擊穿失效是比較普遍的嚴(yán)重問(wèn)題。所發(fā)生的擊穿現(xiàn)象大約可以分為介質(zhì)擊穿和表面極間飛弧擊穿兩類(lèi)。介質(zhì)擊穿按發(fā)生時(shí)間的早晚又可分為早期擊穿與老化擊穿兩種，早期擊穿暴露了電容介質(zhì)材料與生產(chǎn)工藝方面存在的缺陷，這些缺陷導(dǎo)致陶瓷介質(zhì)介電強(qiáng)度顯著降低，以至于在高濕度環(huán)境的電場(chǎng)作用下，電容器在耐壓試驗(yàn)過(guò)程中或工作初期，就產(chǎn)生電擊穿。老化擊穿大多屬于電化學(xué)擊穿范疇。由于陶瓷電容器銀的遷移，陶瓷電容器的電解老化擊穿已成為相當(dāng)普遍的問(wèn)題。銀遷移形成的導(dǎo)電樹(shù)枝狀物，使漏電流局部增大，可引起熱擊穿，使電容器斷裂或燒毀。熱擊穿現(xiàn)象多發(fā)生在管形或圓片形的小型瓷介質(zhì)電容器中，因?yàn)閾舸r(shí)局部發(fā)熱嚴(yán)重，較薄的管壁或較小的瓷體容易燒毀或斷裂。

銀離子遷移使電容器極間邊緣電場(chǎng)發(fā)生嚴(yán)重畸變，又因高濕度環(huán)境中陶瓷介質(zhì)表面凝有水膜，使電容器邊緣表面電暈放電電壓顯著下降，工作條件下產(chǎn)生表面極間飛弧現(xiàn)象。嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致電容器表面極間飛弧擊穿。表面擊穿與電容結(jié)構(gòu)、極間距離、負(fù)荷電壓、保護(hù)層的疏水性與透濕性等因素有關(guān)。邊緣表面極間飛弧擊穿的主要原因是，介質(zhì)留邊量較小，在潮濕環(huán)境中工作時(shí)的銀離子遷移和表面水膜形成使電容器邊緣表面絕緣由于銀離子遷移的產(chǎn)生與發(fā)展需要一段時(shí)間，所以在耐壓試驗(yàn)初期，失效模式以介質(zhì)擊穿為主，直到試驗(yàn)500h以后，只要失效模式才過(guò)度為邊緣表面極間飛弧擊穿。

5.疊片陶瓷電容器的斷裂

疊片陶瓷電容器常見(jiàn)的失效是斷裂，這是疊片陶瓷電容器自身介質(zhì)的脆性決定的。由于疊片陶瓷電容器直接焊接在電路板上，直接承受來(lái)自電路板的各種機(jī)械應(yīng)力，而引線(xiàn)式陶瓷電容器則可以通過(guò)引腳吸收來(lái)自電路板的機(jī)械應(yīng)力。因此，對(duì)于疊片陶瓷電容器來(lái)說(shuō)，由于熱膨脹系數(shù)不同或電路板彎曲所造成的機(jī)械應(yīng)力將是疊片陶瓷電容器斷裂的主要因素。

6.疊片陶瓷電容器的斷裂分析

疊片陶瓷電容器機(jī)械斷裂后，斷裂處的電極絕緣間距將低于擊穿電壓，會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)或多個(gè)電極之間的電弧放電而徹底損壞疊片陶瓷電容器。

疊片陶瓷電容器機(jī)械斷裂的防止方法主要有：盡可能地減少電路板的彎曲，減小陶瓷貼片電容在電路板上的應(yīng)力，減小疊片陶瓷電容器與電路板的熱膨脹系數(shù)的差異而引起的機(jī)械應(yīng)力。減小疊片陶瓷電容器與電路板的熱膨脹系數(shù)的差異而引起的機(jī)械應(yīng)力，可以通過(guò)選擇封裝尺寸小的電容器來(lái)減緩，如鋁基電路板應(yīng)盡可能用1810以下的封裝，如果電容量不夠可以采用多只并聯(lián)的方法或采用疊片的方法解決，也可以采用帶有引腳的封裝形式的陶瓷電容器解決。

7.疊片陶瓷電容器電極端頭被熔淋

在波峰焊焊接疊片陶瓷電容器時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)電極端頭被焊錫熔掉了。其原因主要是波峰焊疊片陶瓷電容器接觸高溫焊錫的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。現(xiàn)在在市場(chǎng)上的疊片陶瓷電容器分為適用于回流焊工藝的和適用于波峰焊工藝的，如果將適用于回流焊工藝的疊片陶瓷電容器用于波峰焊，很可能發(fā)生疊片陶瓷電容器電極端頭的熔淋現(xiàn)象。

消除的辦法很簡(jiǎn)單，就是在使用波峰焊工藝時(shí)，盡可能地使用符合波峰焊工藝的疊片陶瓷電容器；或者盡可能不采用波峰焊工藝。

在使用陶瓷電容時(shí)需注意以下問(wèn)題：

①高溫(溫度超過(guò)額定使用溫度)；

②過(guò)流(電流超過(guò)額定紋波電流)，施加紋波電流超過(guò)額定值后，會(huì)導(dǎo)致陶瓷電容過(guò)熱，容量下降，壽命縮短；

③過(guò)壓(電壓超過(guò)額定電壓)，當(dāng)電容器上所施加電壓高于額定工作電壓時(shí)，電容的漏電流將上升，其電氧物性將在短期內(nèi)劣化直至損壞；

④使用于反復(fù)多次急劇充放電的電路中，如快速充電用途，其使用壽命可能會(huì)因?yàn)槿萘肯陆担瑴囟燃眲∩仙榷s減；

⑤施加反向電壓或交流電壓，當(dāng)直流電容器按反極性接入電路時(shí)，電容器會(huì)導(dǎo)致電子線(xiàn)路短路，由此產(chǎn)生的電流會(huì)引致電容器損壞。若電路中有可能在負(fù)引線(xiàn)施加正極電壓，選用無(wú)極性電容器。

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