电容烧毁短路失效分析

一、案例背景

某产品在客户端使用一段时间后出现失效，表现为短路；该电容在电路用于3.3V电源滤波，初步排查外围电路没有异常。现进行测试分析，查找失效原因。

二、分析过程

1. 外观检查

为确认失效电容外观是否存在明显破损、裂纹等异常，对失效电容用酒精清洗后进行外观检查。

检查结果：失效电容外观发现有疑似裂纹，该裂纹平行于电容侧边，其他位置未发现有裂纹、破损等异常；其他失效电容外观未发现有明显异常。

图1. 失效电容外观形貌

2. X-ray检查

为确认失效电容内部结构是否存在明显缺陷，对失效电容进行X-ray检查。

检查结果显示：失效电容本体结构完整，陶瓷体未发现裂纹及破损。

图2. 失效电容X-ray检查形貌

3. 失效现象确认

为确认电容的失效现象，利用万用表对失效电容进行阻值测试，确定其失效现象。

测试结果显示：失效电容阻值都小于1Ω，表现为短路失效。

4. 切片分析

为确认失效电容短路失效的原因，对失效电容、OK1PCBA上电容进行切片分析。

切片结果显示：

（1）NG1失效电容内部发现明显的内电极熔融现象及内电极开裂的现象，属于典型的过电应力烧毁失效；从切片形貌上看，NG1失效电容端电极无明显的金属化层及阻挡层，不满足GJB 4027A-2006的标准要求，从侧面说明电容本身存在质量缺陷；

图3. NG1失效电容切片形貌

（2）NG2失效电容第一次切片发现内电极存在空洞现象，但不在电容内电极交叉区域，因此不会导致电容短路失效，但属于物料本身缺陷；从第一次切片电容端电极的EDS成分分析结果来看，失效电容端电极无明显的界限，无明显的金属化层及阻挡层，不满足GJB 4027A-2006的标准要求的；

继续研磨后发现，NG2电容端电极附近有裂纹，裂纹延伸到了电容内电极区域，从SEM形貌上看，裂纹延伸位置有明显的空洞，这应是电容失效的原因；

图4. NG2失效电容第一次切片形貌

图5. NG2失效电容第一次切片EDS

图6. NG2失效电容第二次切片形貌

（3）OK1PCBA上电容也存在明显开裂现象，同样不满足GJB 4027A-2006的标准要求。

图7. OK1 PCBA上电容切片形貌

以上结果说明：电容失效的直接原因为内电极存在熔融现象或在内电极交叉区域存在裂纹及空洞，但失效样品端电极都存在明显的缺陷，都不满足GJB 4027A-2006的标准要求，说明电容本身存在质量缺陷。

5. 物料质量评估

前面分析可知：失效电容端电极都存在明显的质量缺陷，为确认非同批次的未使用电容是否存在明显的质量缺陷，对非同批次的未使用电容进行切片分析，评估物料质量。

切片结果显示：非同批次的未使用电容端电极也存在开裂的现象，同样不满足GJB 4027A-2006的标准要求。

图8. 非同批次的未使用电容切片形貌

三、总结分析

外观检查发现NG1失效电容有疑似平行于电容侧边的裂纹，通过后续确认该裂纹应属于电应力裂纹，其他电容表面未发现裂纹、破损等异常，可排除因外力碰撞导致的电容失效；X-ray检查未发现失效电容本体有明显的裂纹及破损，进一步说明失效电容未受到较大的外力碰撞导致的失效。

通过对失效电容的测试，确认失效电容为短路失效；切片分析确认：NG1失效电容内部都有明显的熔融烧毁现象，而NG2失效电容有延伸到内电极区域的裂纹及空洞，这是电容失效的直接原因。

本案件中，①电容失效的直接原因为电容内部有熔融烧毁或空洞的现象，熔融烧毁属于过电击穿失效，但失效电容是应用在3.3V电源滤波电路，而该电容的额定电压为6.3V，且初步排查外围电路未发现明显异常，因此应电路中的过电应力烧毁的可能性不大；

②通过对失效电容的切片，发现该批次电容端电极无明显金属化层及阻挡层及开裂现象，不满足GJB 4027A-2006的标准要求，说明本案件电容存在明显的质量缺陷；

③通过成分分析，发现本案件中电容端电极成分不清晰，与现在市场上电容的端电极主要成分为Sn-Ni-Cu存在较大差异；综合以上描述推断本案件中电容因本身存在一定的质量缺陷，在后续的使用过程中熔融烧毁导致的失效。

图9. 市场主流电容端电极形貌

四、结论与建议

电容失效的原因为电容本身存在质量缺陷，在后续使用过程中熔融烧毁短路失效。

改善建议

加强物料的来料检验及破坏性物理分析（DPA）。

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