1 引言

2016年9月至今，我司陆续收到客户退还的AP130失效样品，经供应商和公司内部分析发现，绝大多数的样品失效由MLCC(Multiple Layer Ceramic Capacitor)失效引起。

当6-点关联一个3-面时,先来讨论3-面和3-面上的点从6-点带走的权值,并将其用于4.2—4.4的讨论。根据权转移规则可以分为以下4种情况:

MLCC因其优良的电气性能，在电路设计中得到了广泛的使用，因其产品的自身特点具有十分优良的可靠性，可以长时间稳定工作。但在实际产品的使用中，MLCC电容确也是常见的电子电路中失效率相对较高的一种电子元器件。

本文从MLCC的结构特点与分类入手，简述了其生产工艺流程，详细阐述了其常见的失效模式及机理，同时总结了MLCC失效分析方法，为今后类似案件的处理提供依据。

2 MLCC电容的结构上的特点与材质分类2.1 片式多层陶瓷电容的结构上的特点

片式多层陶瓷电容整体的结构如图1所示的三明治结构，且由三部分组成 A、陶瓷介质 B、内电极和C、 端电极构成，其中端电极一般为三层结构，分别为外部电极(与内部电极相连接，引出容量，一般为Cu或Ag)、阻挡层(Ni镀层，起到热阻挡作用，可焊的Ni层能够避免焊接时Sn层熔落)和焊接层(Sn镀层，提供焊接金属层)。MLCC的物理特性接近陶瓷材料的特性，具有机械强度低、易碎等特点。

MLCC片式多层陶瓷电容的容量计算的原理和平板电容器相同，内部由多层的金属丝叠起来，用来增大正对面积，同时减少电极间的间距，增大叠层的成熟，这样才能将电容容量做到最大，但是减少间距就会降低电容的耐压。而且层间距的厚度根据各个工厂的工艺水平的高低有关系。各个厂家都在提高自身的生产工艺尽量减小层间介质厚度，增加叠层数，同时寻求介电常数更高的介质材料，来提高电容的容量。根据平板电容量的计算公式，电容容量计算式为：C=(ε·S·N·I)/d 其中，C为电容容量，ε为介电常数，S有效正对面积，N微叠层层数，l为层间介质厚度。

数字测绘档案工作的数据安全风险大，归档时很多数据没有背景信息，信息不完整，而且归档数据组织混乱、归档内容不完整等情况普遍，使得数据的完整性和有效性安全性都不高。虽然保管部门已经进行了一定改革，但是每年读取电子文件和处理设备登记更新工作还存在一些问题，影响载体和新设备的兼容性。在数字测绘档案的管理工作很少会检查数据软盘，也没有加大人力和财力支持进行有效的数据抽查。

图1 MLCC结构示意图

2.2 分类与应用

NPO、COG温度特性平稳、容值小、价格高；Y5V、Z5U温度特性大、容值大、价格低；X7R、X5R则介于以上两种之间。表1所示，不同材质的MLCC，其工作温度范围和容量变化差异明显；图2所示为各类MLCC的温度特性曲线。不同类型电容的特性决定了其应用的不同。

图2 MLCC线性温度特性曲线

表1 MLCC分类及特性

电容分类COGX7RX5RY5V工作温度-55℃～+125℃-55℃～+125℃-55℃～+85℃-30℃～+85℃容量变化几乎无变化±15%±15%±22～82%

3 工艺流程简介

MLCC的制作工艺复杂，大致流程如下：

但在此之前，他要跨过一个坎——迁都。南京很好，山水优美，风物宜人，自古便是龙脉蜿蜒、王气鼎盛之地。可是，温山润水散人心志，太过舒适的环境容易消磨人的意志，更何况，朱棣曾经的封地——燕京之域，从来就不是一块太平地。那里风沙蔓延，气候寒冷，而且蒙古族时刻虎视眈眈，企图南下掠夺土地和粮食，如果不迁都，不构筑牢固的北方防线，蒙古族一旦长驱直入，则家国危矣。

样品处理过程中尽量避免引入热应力、机械应力；

(2)球磨，通过球磨机，研磨2-3天时间将瓷粉配料研磨至微米级；

码组同步模块的主要功能是监测链路是否找到正确的字节边界,也就是从串行的比特流中正确的对字节进行定界。根据码组同步原理,当接收端连续收到4个正确的/K/字节后,认为达到码组同步。

(3)配料，各种配料按一定比例混合；

(4)和浆，加添加剂将混合材料和成糊状；

(5)流沿，将糊状浆体均匀涂在薄膜上；

此处的奥鲁尔，据史书记载，真名叫拉伏尔，他的母亲是罗斯(即今俄罗斯)人，与伊戈尔同乡，由于他受到波洛夫人的侮辱，所以帮助并随同伊戈尔出逃。

(6)印刷，将电极材料按一定规则印刷到流沿后的糊状浆体上，形成电极错位；

(7)叠层，将印刷好电极的流沿浆体块依照容值的不同叠加起来，形成电容坯体版；

(8)层压，使多层的坯体版能够紧密结合；

(9)切割，将坯体版切割成单个的坯体；

(10)排胶，高温排除原材料中的粘合剂；

(11)焙烧，在1300℃的高温环境，将陶瓷粉烧结成陶瓷材料形成陶瓷颗粒；

(12)倒角，将长方体的棱角磨掉。并将电极露出来，形成倒角陶瓷颗粒；

12月4日，阿里大文娱集团发布消息，根据举报，原大优酷事业群总裁、阿里音乐CEO杨伟东因经济问题，正在配合警方调查。阿里影业董事长樊路远将兼任优酷总裁。

(13)封端，用Cu(或者Ag)材料将倒角后的陶瓷颗粒端头封起来，形成端电极；

(14)烧端，高温烧结Cu端(或者Ag)电极，使电极与陶瓷颗粒缜密接触；

实际在MLCC电容使用在电路板中，由于PCB 板易出现变形，从而导致MLCC电容陶瓷体受到机械应力，出现了机械裂纹的情况。图8是典型的PCB电路板出现变形导致陶瓷体开裂形貌。如果PCB的形变量变大MLCC的裂痕会继续扩大直到电容焊接部分高度的一半以上，呈现“45°裂纹”，又称“倒三角裂纹”。

(16)镀锡，在镍层上镀一层Sn，作为焊接料；

(17)测试，测试耐压值、电容量、DF损耗值和漏电流或绝缘电阻。

采用适合的放大倍率，逐行观察电容内部是否存在介质层孔洞、电极结瘤、电极层互联等情况；

其中，两次烧结(焙烧和烧端)过程中，若工艺控制不稳定，电容出现失效的可能性较高[1]。

4 失效模式与机理

多层瓷介电容器失效的机理和失效的原因很多，单一失效模式也有可能对应着多种的失效机理和原因，常见的各种MLCC电容的失效机理如下。

4.1 介质层存在孔洞、分层、电极结瘤和电极短路

陶瓷介质内的空洞可能是因为介质层内部含有水汽或其它杂质离子，在MLCC在电路中正常施加工作电压时，因为杂质和水汽的存在降低此位置的电压的耐受程度，导致施加正常的电压都会导致此位置发生过电击穿的现象。实际上，在国军标[GJB 4027A-2006 军用电子元器件破坏性物理分析方法]和美军标[MIL-STD-1580B destructive physical analysis for electronic, electromagnetic, and electromechanical parts]中，MLCC电容的可靠性对于介质层中的空洞的大小要求单个空隙(空洞)厚度不小于平均标称厚度的50%[1]。

图3 介质层孔洞

电极结瘤和介质层存在的孔洞失效的机理是基本相类似的，电极节流是因为生产工艺不稳定导致出现部分凸起，凸起的地方位置介质层的厚度明显变薄，导致电极的耐压变低，正常施加工作电压在MLCC的电极两端可能也会出现击穿现象。在国军标GJB4027A-2006和美军标MIL-STD-1 580B中，对于电极的结瘤的大小要求突变的电极结瘤使相邻介质的厚度减小不大于30%。

图4 电极结瘤和互联

MLCC电容在高达1 000℃的高温下烧结，烧结过程难免会出现有部分杂志的挥发，层间粘合力弱的时候，这样就可能出现介质分层的不良情况。重点还是控制好介质中杂质的含量和层间介质的粘合力，在工艺上需要严格控制。MLCC电容介质的分层可能会导致MLCC电容容量变小[2]。

⑤灌浆浆液及浓度变换：坝土采用1∶2的水泥黏土浆，接合部采用1∶1水泥黏土浆，基岩采用纯水泥浆；浆液浓度，水泥黏土浆采用密度1.2 g/cm3、1.3 g/cm3、1.35 g/cm3、1.4 g/cm3、1.5 g/cm3五级，纯水泥浆采用 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1（或 0.5∶1）六个比级。 灌浆浆液浓度由稀到浓逐级变换，当灌浆压力保持不变注入率持续减小，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变浆液浓度；当某一比级的浆液注入量已达30 min、而灌浆压力和注入率无显著改变时，应换浓一级浆液灌注。

城市在其发展过程中逐渐形成居住区、商业区、工业区等不同功能区[1]。识别城市不同功能区并研究其空间分布特征对研究城市的未来发展、城市的合理布局和城市建设的综合部署有着重要的意义[2，3]。传统的城市功能区识别主要是基于专家评判、调查统计等以经验为主的方法，主观性较强。也有一些学者通过遥感技术辅助实现城市功能区划，但数据获取和处理的成本较高，时效性差[4]。随着信息化时代的到来，可供城市规划相关研究所应用的数据不断涌现，包括传统数据、开放数据等各类大数据资源。在这些数据不断丰富的背景下，基于城市生活数据的功能区分析也变得更加快速、有效[5]。

图5 介质层分层形貌

MLCC电容介质层孔洞、电极结瘤、电极互联和介质层分层均为电容本身工艺缺陷引起的失效，类似现象可直接判定为电容质量事故。

4.2 热应力导致的裂纹

MLCC电容在实际产品的使用中很难避免出现温度变化，温度变化就会出现电容热量的变化，比如电容的两端受热不均，就出现热胀冷缩不均匀，电容在不同的热量的的地方发生不一致的形变，这就是热应力不同，会导致MLCC内部产生裂纹(见图6)，所以电子产品在过回流焊时候都需要进行预热，避免出现温差过大，导致出现的MLCC的热应力失效。

当下，新媒体已经入高速发展的黄金期，对于新闻来说，电视时政新闻更具直观性、全面性、生动性和权威性。以信息共享协作网络为基准，各县市级网络直播平台层出不穷。在此过程中，电视时政编辑要不断创新协作联通手段，整合各级媒体策划的新闻内容，以此提高时政报道的公众影响力。随着网络科技的普及优化，如今我国已进入信息爆炸时代，五花八门的新闻信息成为公众茶余饭后的焦点话题，但针对信息的选择并不是每一个社会个体都能实现的。因此，电视新闻编辑工作人员要主动承担社会职责，拣选各类信息，将有价值的信息传递给公众。

(1)外观检查

热应力裂纹产生的可能原因包括：电容本身耐焊接热能力不合格和生产过程中引入热冲击。需要验证电容耐焊接热能力和评估生产过程中是否存在引入热冲击的风险，如烙铁返修、SMT炉温不稳定、SMT炉温曲线变化速率过快等[2]。

图6 介质层开裂形貌

图7 热冲击裂纹

4.3 机械应力力导致裂纹

陶瓷介质层本身具有较大的机械强度，但当其受到压力时候，会表现出脆的一部分，容易出现机械裂纹，从而出现电容损坏。

(15)镀镍，在烧端后的Cu(或者Ag)电极上电镀一层薄薄的镍层，完全覆盖端电极Cu(或者Ag)；

一般情况，随着产品的小型化，现在PCB的尺寸也都会越来越小，这样会导致电子元器件的密度越来越大。为了降低PCB的成本，通常会将PCB多块和成一块进行生产。这样在PCB分板的时候会出现机械应力，导致MLCC也会受到机械应力的损伤，出现MLCC的裂开。由于生产过程中的PCB板的机械应力无法完全避免，因此对机械裂纹的认责需要从两个方面入手：(1)电容物料，挠曲度测试确认电容是否满足设计要求；(2)设计和生产方面，评估PCB版图、机械结构、生产工艺上的风险，必要时(难于定责的情况)可引入DFM(Design For Manufacturing)程序针对当前产品进行可靠性修正。

图8 机械裂纹

5 失效分析方法总结

5.1 MLCC整体失效分析的流程

整个过程分为5个大阶段：从外观观察、电性测量分析、无损分析、破环性分析、成分分析，过程中需要进行外观检查、电性测试、内部结构检查、失效点定位、失效原因分析、失效点局部的成分分析，整个MLCC的失效分析的流程如图9所示。

2016年完成“抽油井工况分析表”发布，系统实现了泵效偏差、沉没率偏差计算结果的数字化和量化排序，从而及时发现潜力井，如图7所示。

图9 MLCC失效分析流程

5.2 注意事项

热应力产生的裂纹基本上分布区域为MLCC外部陶瓷体靠近端电极的两端，常见失效形貌为贯穿陶瓷体的裂纹。图7显示了典型的温度冲击产生的热应力导致介质层内部产生的热应力导致的裂纹。

在3GPP国际标准中,4G移动网络包括核心网与无线网,涉及网元主要有eNodeB、MME以及SAEGW。eNodeB主要负责用户手机的无线接入以及给用户手机分配无线带宽和优先级,MME负责手机的移动会话管理,SAEGW负责手机流量的路由[2]。

关注电容表面有无明显的破损，裂纹和颜色异常；

(2)电性测试

测试电容量和DF值，测试之前设备一定要进行短路和开路校准；

DF和电容值在规格书范围内，并不一定代表NG品电性正常，应对比正常品和失效品的具体参数；

短路样品不适合做耐压、漏电流或绝缘电阻测试，放置大电流烧毁样品，破坏失效现象；

(3)X-Ray

关注有无明显的内部裂纹或其他差异；

检测原则：根据设备的最小探测热量设置供电参数(避免二次损伤)，若现象不明显，可逐步增加供电电流；

(4)Thermal EMMI

若出现大面积发热现象，采用Lock-in模式调高频率进行测试，但是Lock-in模式中的供电信号施加在电容端电极时，可能会引起电容充放电，形成电流，并发热，导致误判，具体情况需要根据经验进行判定。

图10 Thermal EMMI MLCC 热点照片

(5)切片分析

(1)原材料，陶瓷粉配料关键的部分，决定了MLCC的性能；

原则：连带PCB一起镶样，从PCB侧面研磨推进，若观察(体视显微镜)不到明显裂纹，且叠层方向不适合观察电极层间结构域，则重新镶样，换方向研磨；

图11 机械裂纹

(6)金相分析

若出现机械裂纹，观察裂纹是否延伸至电极层；

若出现分层，确认分层位置是电极层与介质层连接位置、介质层开裂还是端电极分层；

随着各种信息安全事件层出不穷和信息安全事件影响的范围持续扩大，各行业对信息安全人才的需求也随之增加，需要大量具有扎实的理论基础和实践技能的信息安全人才。同时，企业和社会对专业的人才需求也趋于多样化，除了传统的Web开发与测试之外，也逐步转向了APP开发、智慧制造以及网络信息安全方面。

(7)SEM/EDS

在更大倍率下对金相分析中观察到的异常进行确认；

3)在不同温度、相同的空气湿度中,温度越高,金银花的平衡含水率越低。从测得的3条曲线来看,温度对金银花平衡含水率的影响并不太大,因此决定金银花贮藏性能的主要因素是空气的相对湿度。

比较好坏品的端电极成分是否存在差异；

比较好坏品电容介质层材料成分和微观形貌。

5.3 相关可靠性测试与设计

(1)可靠性测试，具体检测依据见电容规格书要求：

器件耐焊接热测试；

抗弯曲强度测试；

介质耐压强度测试；

可焊性测试；

温度循环测试；

潮湿试验；

寿命试验；

图12 MLCC Layout 优化原则

(2)DFM设计，减小产生机械裂纹的风险

电容距离板边至少5mm，且长度方向与PCB板长度方向保持一致；

两端电极焊盘面积尽量保持一致，焊盘尺寸满足规格书要求。

6 结论

综上所述，MLCC失效是由介质层孔洞、介质层分层、电极结瘤和电极互联，电容材料及生产工艺的导致，可通过改善生产工艺来改善问题。 热应力、机械应力导致的MLCC电容失效，需要电子产品在PCB等设计方面进行优化，同时产品生产工艺及SMT炉温曲线控制，多方面综合改善。出现MLCC电容失效问题后，需要采用正确的分析流程方法，找到真正原因进行改善，达到提高MLCC电容及产品的可靠性的目的。

参考文献:

[1] GJB 4027A-2006 军用电子元器件破坏性物理分析方法[S].信息产业部电子第四研究所，2000.

[2] 李世岚，包生祥，彭晶，等.导致MLCC失效的常见微观机理[J]. 电子原件与材料, 2007(5):58-60.