陶瓷电容耐压不良失效分析

时间：2020-11-09

分析方法简述

（1）通过对NG样品、OK样品进行了外观光学检查、金相切片分析、SEM/EDS分析及模拟试验后，发现NG样品均存在明显的陶瓷-环氧界面脱壳，产生了气隙，此气隙的存在会严重影响电容的耐压水平。从测试结果，可以明显看到在陶瓷-环氧分离界面的裂缝位置存在明显的碳化痕迹，且碳化严重区域基本集中在边缘封装较薄区域，而OK样品未见明显陶瓷-环氧界面脱壳分离现象。

（2）NG样品与OK样品结构成分一致，未见结构明显异常。失效的样品是将未封样品经焊接组装灌胶，高温固化后组成单元模块进行使用的。取样品外封环氧树脂进行玻璃转化温度测试，发现未封样品的外封环氧树脂玻璃转化温度较低，怀疑因为灌胶的高温**过了陶瓷电容的环氧树脂封体的玻璃转化温度，达到了其粘流态，导致陶瓷基体和环氧界面脱粘产生气隙。随着环氧树脂固化冷却过程体积收缩，产生的内应力以残余应力的形式保留在包封层中，并作用于陶瓷-环氧界面，劣化界面的粘结，此时的形变就很难恢复。然后在外部电场力（耐压加电测试）的作用下，在间隙路径上产生了弱点击穿。

提供的样品进行金相切片，NG样品环氧树脂封层和陶瓷基材分层明显，两电极间的裂缝通路上有碳化的痕迹，OK样品未见异常。

样品切片后，对剖切面进行SEM/EDS分析，NG样品环氧树脂和陶瓷基材分层明显，且有明显的碳化痕迹

失效模式分析

（1）在电场作用下，陶瓷电容器的击穿破坏遵循弱点击穿理论，而局部放电是产生弱点破坏的根源。除因温度冷热变化产生热应力导致开裂外，对于环氧包封型高压陶瓷电吞，无论是留边型还是满银型电容都存在着电极边缘电场集中和陶瓷-环氧的结合界面等比较薄弱的环节。环氧包封陶瓷电容器由于环氧树脂固化冷却过程体积收缩，产生的内应力以残余应力的形式保留在包封层中，并作用于陶瓷-

环氧界面，劣化界面的粘结。在电场作用下，组成高压陶瓷电吞瓷体的钙钛矿型钛酸铁类陶瓷（SPBT）会发生电机械应力，产生电致应变。当环氧包封层的残余应力较大时，二者联合作用较可能造成包封与陶瓷体之间脱壳，产生气隙，从而降低电压水平。

（2）介质内空洞：导致空洞产生的主要因素为陶瓷粉料内的**或无机污染、烧结过程控制不当等。空洞的产生较易导致漏电，而漏电又导致器件内局部发热，进一步降低陶瓷介质的绝缘性能从而导致漏电增加。该过程循环发生，不断恶化，导致其耐压水平降低。

（3）包封层环氧材料因素：一般包封层厚度越厚，包封层破坏所需的外力越高。在同样电场力和残余应力的作用下，陶瓷基体和环氧界面的脱粘产生气隙较为困难。另外固化温度的影响，随着固化温度的提高，高压陶瓷电容的击穿电压会越高，因为高温固化时可以较快并有效地减少残余应力。随着整体模块灌胶后固化的高温持续，当达到或**过陶瓷电容器外包封层环氧树脂的玻璃转化温度，达到了粘流态，陶瓷基体和环氧界面的脱粘产生了气隙，此时的形变就很难恢复，这种气隙会降低陶瓷电容的耐压水平。

（4）机械应力裂纹：陶瓷体本身属于脆性较高的材料，在产生和流转过程中较大的应力可能造成应力裂纹，导致耐压降低。常见的应力源有：工艺过程电路板流转操作；流转过程中的人、设备、重力等因素；元件接插操作；电路测试；单板分割；电路板安装；电路板定位柳接；螺丝安装等。

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