陶瓷电容的失效原因分析及应用注意事项

陶瓷电容用高介电常数的电容器陶瓷挤压成圆管、圆片或圆盘作为介质，并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成。具有小的正电容温度系数的电容器，用于高稳定振荡回路中，作为回路电容器及垫整电容器。而陶瓷电容使用在不合适的电路中很容易失效。对于银电极陶瓷电容器，可能会出现以下的失效形式。

1.潮湿对电参数恶化的影响

空气中湿度过高时，水膜凝聚在电容器外壳表面，可使电容器的表面绝缘电阻下降。此外，对于半密封结构电容器来说，水分还可渗透到电容器介质内部，使电容器介质的绝缘电阻绝缘能力下降。因此，高温、高湿环境对电容器参数恶化的影响极为显著。经烘干去湿后电容器的电性能可获改善，但是水分子电解的后果是无法根除的。例如，电容器的工作于高温条件下，水分子在电场作用下电解为氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-），引线根部产生电化学腐蚀。即使烘干去湿，也不可能使引线复原。

2.银离子迁移的后果

无机介质电容器多半采用银电极，半密封电容器在高温条件下工作时，渗入电容器内部的水分子产生电解。在阳极产生氧化反应，银离子与氢氧根离子结合生产氢氧化银；在阴极产生还原反应，氢氧化银与氢离子反应生成银和水。由于电极反应，阳极的银离子不断向阴极还原成不连续金属银粒，靠水膜连接成树状向阳极延伸。银离子迁移不仅发生在无机介质表面，还能扩散到无机介质内部，引起漏电流增大，严重时可使用两个银电极之间完全短路，导致电容器击穿。

离子迁移可严重破坏正电极表面银层，引线焊点与电极表面银层之间，间隔着具有半导体性质的氧化银，使无介质电容器的等效串联电阻增大，金属部分损耗增加，电容器的损耗角正切值显著上升。

由于正电极有效面积减小，电容器的电容量会因此而下降。表面绝缘电阻则因无机介质电容器两电极间介质表面上存在氧化银半导体而降低。银离子迁移严重时，两电极间搭起树枝状的银桥，使电容器的绝缘电阻大幅度下降。

3.高温条件下陶瓷电容器击穿机理

半密封陶瓷电容器在高湿度环境条件下工作时，发生击穿失效是比较普遍的严重问题。所发生的击穿现象大约可以分为介质击穿和表面极间飞弧击穿两类。介质击穿按发生时间的早晚又可分为早期击穿与老化击穿两种，早期击穿暴露了电容介质材料与生产工艺方面存在的缺陷，这些缺陷导致陶瓷介质介电强度显著降低，以至于在高湿度环境的电场作用下，电容器在耐压试验过程中或工作初期，就产生电击穿。老化击穿大多属于电化学击穿范畴。由于陶瓷电容器银的迁移，陶瓷电容器的电解老化击穿已成为相当普遍的问题。银迁移形成的导电树枝状物，使漏电流局部增大，可引起热击穿，使电容器断裂或烧毁。热击穿现象多发生在管形或圆片形的小型瓷介质电容器中，因为击穿时局部发热严重，较薄的管壁或较小的瓷体容易烧毁或断裂。

银离子迁移使电容器极间边缘电场发生严重畸变，又因高湿度环境中陶瓷介质表面凝有水膜，使电容器边缘表面电晕放电电压显著下降，工作条件下产生表面极间飞弧现象。严重时导致电容器表面极间飞弧击穿。表面击穿与电容结构、极间距离、负荷电压、保护层的疏水性与透湿性等因素有关。边缘表面极间飞弧击穿的主要原因是，介质留边量较小，在潮湿环境中工作时的银离子迁移和表面水膜形成使电容器边缘表面绝缘由于银离子迁移的产生与发展需要一段时间，所以在耐压试验初期，失效模式以介质击穿为主，直到试验500h以后，只要失效模式才过度为边缘表面极间飞弧击穿。

5.叠片陶瓷电容器的断裂

叠片陶瓷电容器常见的失效是断裂，这是叠片陶瓷电容器自身介质的脆性决定的。由于叠片陶瓷电容器直接焊接在电路板上，直接承受来自电路板的各种机械应力，而引线式陶瓷电容器则可以通过引脚吸收来自电路板的机械应力。因此，对于叠片陶瓷电容器来说，由于热膨胀系数不同或电路板弯曲所造成的机械应力将是叠片陶瓷电容器断裂的主要因素。

6.叠片陶瓷电容器的断裂分析

叠片陶瓷电容器机械断裂后，断裂处的电极绝缘间距将低于击穿电压，会导致两个或多个电极之间的电弧放电而彻底损坏叠片陶瓷电容器。

叠片陶瓷电容器机械断裂的防止方法主要有：尽可能地减少电路板的弯曲，减小陶瓷贴片电容在电路板上的应力，减小叠片陶瓷电容器与电路板的热膨胀系数的差异而引起的机械应力。减小叠片陶瓷电容器与电路板的热膨胀系数的差异而引起的机械应力，可以通过选择封装尺寸小的电容器来减缓，如铝基电路板应尽可能用1810以下的封装，如果电容量不够可以采用多只并联的方法或采用叠片的方法解决，也可以采用带有引脚的封装形式的陶瓷电容器解决。

7.叠片陶瓷电容器电极端头被熔淋

在波峰焊焊接叠片陶瓷电容器时可能会出现电极端头被焊锡熔掉了。其原因主要是波峰焊叠片陶瓷电容器接触高温焊锡的时间过长。现在在市场上的叠片陶瓷电容器分为适用于回流焊工艺的和适用于波峰焊工艺的，如果将适用于回流焊工艺的叠片陶瓷电容器用于波峰焊，很可能发生叠片陶瓷电容器电极端头的熔淋现象。

消除的办法很简单，就是在使用波峰焊工艺时，尽可能地使用符合波峰焊工艺的叠片陶瓷电容器；或者尽可能不采用波峰焊工艺。

在使用陶瓷电容时需注意以下问题：

①高温(温度超过额定使用温度)；

②过流(电流超过额定纹波电流)，施加纹波电流超过额定值后，会导致陶瓷电容过热，容量下降，寿命缩短；

③过压(电压超过额定电压)，当电容器上所施加电压高于额定工作电压时，电容的漏电流将上升，其电氧物性将在短期内劣化直至损坏；

④使用于反复多次急剧充放电的电路中，如快速充电用途，其使用寿命可能会因为容量下降，温度急剧上升等而缩减；

⑤施加反向电压或交流电压，当直流电容器按反极性接入电路时，电容器会导致电子线路短路，由此产生的电流会引致电容器损坏。若电路中有可能在负引线施加正极电压，选用无极性电容器。

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