贴片电容漏电(即绝缘电阻下降,导致不期望的电流通过介质)是一个常见的失效模式,通常由以下多种因素单独或共同作用引起,其本质在于电介质的绝缘性能被破坏:
- 材料本身的缺陷与劣化:
介质材料固有缺陷: 在制造过程中,陶瓷介质(MLCC)内部可能存在微小的气孔､杂质或晶界不均匀｡这些缺陷会成为电场集中的薄弱点,在高电场强度下更容易发生局部击穿或漏电流增大｡对于电解电容(如钽电容､铝电解),氧化层(介质)的纯度､致密性和厚度均匀性至关重要,任何瑕疵都会降低绝缘电阻｡
介质材料老化: 某些类型的陶瓷介质(如II类X7R, Y5V等铁电体材料)本身存在老化现象｡随着时间推移,其内部的电畴结构会缓慢变化,导致介电常数下降,同时绝缘电阻也可能随之缓慢降低(尽管通常仍在规格书范围内,但极端老化或初始值临界时可能超标)｡电解电容的氧化层会随着时间缓慢退化,特别是在高温无压条件下｡
银离子迁移(主要针对部分含银端电极的MLCC): 在高温高湿(HTHH)环境下,特别是存在直流偏压时,端电极中的银离子(Ag⁺)可能通过潮湿的介质表面或微裂缝向对侧电极迁移,形成导电枝晶(Dendrite)｡一旦枝晶桥接两个电极,就会造成严重的漏电甚至短路｡使用镍阻挡层或钯银电极的MLCC可显著抑制此现象｡
- 制造工艺缺陷:
层压缺陷(MLCC): 在多层陶瓷电容的叠层过程中,如果层与层之间存在气泡､异物或结合不良,会形成内部空隙或薄弱区,易在高场强下产生漏电通道｡
烧结缺陷: 陶瓷体烧结不充分或温度不均匀,会导致介质晶粒结构不致密､晶界相分布不均或残留孔隙,显著降低绝缘性能｡
内部/边缘裂纹: 制造过程中(如切割､烧端)产生的微裂纹,或者封装应力释放不当引发的裂纹,会破坏介质的完整性｡裂纹不仅直接提供漏电路径,还可能吸收湿气加速劣化｡
端电极缺陷: 端电极与陶瓷体结合不良(浸润性差)､存在空洞或污染,可能导致接触电阻异常或局部电场集中,诱发漏电｡
氧化层缺陷(电解电容): 形成氧化膜(如钽的Ta₂O₅)时,工艺控制不当(如化成电压､温度､时间)会导致氧化层厚度不均､存在针孔或杂质,直接降低其绝缘强度｡
- 外部应力损伤:
机械应力:
PCB弯曲/扭曲: 贴片电容(尤其是大尺寸MLCC)在电路板装配(如分板)或使用中承受过大的弯曲或扭曲应力时,陶瓷体可能产生裂纹(常表现为垂直于端电极的裂缝)｡这些裂纹成为直接的漏电通道｡
冲击/振动: 剧烈的物理冲击或持续强振动也可能导致电容内部产生微裂纹｡
不当操作: 手工焊接温度过高､时间过长､烙铁头直接撞击电容,或维修时使用吸锡器造成局部应力集中,都可能损伤电容｡
热应力:
温度冲击: 快速剧烈的温度变化(如波峰焊､返修､冷热环境切换)导致陶瓷体､电极材料､PCB材料之间的热膨胀系数(CTE)差异产生应力,可能引发裂纹｡
局部过热: 电容附近有发热元件或焊接不良导致自身异常发热,高温会加速介质材料的劣化(如电解电容氧化层分解､陶瓷介质老化加速),降低绝缘电阻｡
电应力:
过电压: 施加超过电容额定电压(尤其是浪涌电压或反复的瞬时过压)会直接击穿介质或严重损伤介质结构,导致永久性漏电增加甚至短路｡即使未立即击穿,反复过压也会使介质“疲劳”,绝缘性能逐渐下降｡
反向电压(电解电容): 铝电解和钽电容(特别是MnO₂阴极钽电容)对反向电压极其敏感,很小的反向电压就可能破坏氧化层介质,导致漏电剧增甚至爆炸起火｡
环境应力:
高温高湿(HTHH): 这是诱发漏电(尤其是银迁移和电化学腐蚀)的关键环境因素｡湿气渗入电容内部(通过封装材料､微裂纹或边缘),在电场作用下参与电化学反应(如电解､腐蚀电极)或促进离子迁移｡
污染物/化学腐蚀: PCB上的助焊剂残留､盐雾､硫化氢(H₂S)､二氧化硫(SO₂)等污染物,在潮湿环境下可能腐蚀电容的端电极或内部结构,形成导电通路或破坏介质｡
辐射: 高能辐射(如太空或核环境)可能破坏电介质的分子结构,导致绝缘性能永久下降｡
- 电路设计与使用因素:
电压分配不均: 在串联使用多个电容(如用于高压)时,如果未采取有效的均压措施(如并联均压电阻),可能导致某个电容承受超过其额定值的电压而损坏漏电｡
不当的测试方法: 使用不合适的仪器(如普通万用表欧姆档)或施加过高的测试电压测量绝缘电阻,可能对电容造成损伤或得到错误读数(接触电阻影响)｡
总结关键点:
贴片电容漏电的核心是电介质绝缘性能的失效｡这种失效可能源于:
先天不足: 材料固有缺陷､制造工艺瑕疵｡
后天损伤: 机械/热/电/环境等外部应力造成的物理破坏(裂纹)或化学/电化学劣化(银迁移､腐蚀､介质老化分解)｡
使用不当: 过压､反压､恶劣环境下的长期工作､电路设计缺陷｡
理解这些原因对于预防电容失效､提高电路可靠性､以及在故障分析中快速定位问题至关重要｡如同水库出现裂缝必然导致渗漏,电容介质一旦因上述原因出现“裂缝”(物理或化学意义上的),漏电现象便随之发生｡
