电容什么问题会导致PCBA失效？

失效分析丨电容什么问题会导致PCBA失效？

背景介绍

PCBA在老化阶段及使用端均出现失效，经过初步定位判断PCBA上某个电容失效导致的。通过测试分析2pcs失效单板（PCBA1、PCBA2），3pcs失效单体电容（A电容、B电容、C电容）及未使用的单体电容，找出其失效根本原因。

测试分析

1 外观检查

对失效的单体电容和失效PCBA上怀疑失效的电容进行外观检查，发现失效单体电容外观及怀疑失效电容外观，未发现裂纹、刮伤等明显异常，如图1~2所示。

2 无损透视检查

为确认失效单体电容，失效PCBA焊接及内部走线是否存在异常，利用X-ray对其进行无损透视检查，发现PCBA上怀疑失效电容附近走线，失效单体电容及怀疑失效的电容结构未见明显缺陷及异常，如图3所示。

图3 无损透视检查典型形貌

3 电参数测试

为确认失效单体电容及失效PCBA在板电容参数是否存在异常，对其进行电参数测试，测试值如表1所示。

失效单体A电容、C电容接近短路状态；失效单体B电容绝缘阻抗为17.57MΩ，明显低于未使用的单体电容；失效PCBA上发现怀疑失效电容的阻值大小一致，怀疑失效的电容在电路中为并联且失效PCBA上怀疑失效电容的阻值小于正常PCBA上同位置电容的阻值。

表1 电参数测试值

4 Thermal EMMI定位分析

利用Thermal EMMI热点定位技术，对怀疑失效电容其中的一颗上电，确认失效电容位置。发现失效PCBA上怀疑失效的电容存在异常热点，说明该电容内部存在漏电现象，其他电容未发现明显的亮点，如图4所示。

图4 失效PCBA1 Thermal EMMI定位形貌

5 切片分析

为确认失效单体电容阻抗异常原因，对失效单体A电容、B电容进行切片分析。2pcs失效单体电容异常位置接近，都为最外层内电极附近位置且保护层都出现了破损。因失效单体电容已经被拆卸，不能确定保护层破损位置位于电容在PCBA上的方向及位置，需分析在板失效电容进行确认分析，如图5~6所示。

图5 A电容切片形貌

图6 B电容切片形貌

6 SEM形貌分析

利用电子扫描显微镜对2pcs失效单体电容进行SEM形貌分析。A电容空洞位置经多次研磨后发现介质层有明显的破损现象及碎裂形貌，且周边存在多处微裂纹。分析发现电容介质层空洞为电容生产存在工艺缺陷导致的，为物料本身缺陷，如图7所示；

图7 A电容研磨后SEM形貌

B电容左侧端电极存在开裂的现象且明显多出一层，形貌与右侧端电极存在明显差异。经EDS分析发现，多出的一层为Cu层，应属于电容在端电极工艺上存在缺陷，结果如表2所示。

表2 B电容EDS测试结果（wt%)

7 在板失效电容分析

前面分析可知：2pcs失效单体电容都出现了保护层及介质层异常且异常位置接近一致，都为最外层内电极之间存在裂纹，推断为同一种失效模式。为确认此种失效是否由外力碰撞或电容组装过程中造成的，对在板的失效电容进行验证分析。

分析结果显示：失效PCBA上单体电容外观无明显的撞击痕迹及损伤。电容失效的原因同样为最外两层内电极存在微裂纹及端部存在介质层空洞，裂纹位于电容在PCBA上的侧面，结合外观测试结果，可排除电容因外力撞击导致的电容失效。

结论

电容失效的原因为最外层内电极存在多处微裂纹、介质层空洞及破损。根本原因为电容本身存在明显的质量缺陷。

建议：加强物料的来料检验及破坏性物理分析（DPA）。

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