钽电容器和独石电容器应用中的失效分析
樊晓团 胡圣 西安微电子技术研究所（西安 710054）
1 前言
对于 有极性的钽电容器 来说，人们最容易想到的是极性接反引起的击穿失效。 通过多次 分析实例来看， 这种失效原因在实际工作中出现的可能性较小， 常常出现的是一种较为隐蔽 的原因所导致的 失效—焊接温度高、 焊接持续时间长 。而独石瓷介电容器本身为无极性电容 器，但在失效分析过程中发现， 有些独石电容器表现出与极性明显相关， 即两个不同方向的 漏电流相差很显著，这正是电容器介质中离子迁移的实际表现，采用环氧树脂固封后研磨， 发现此类电容器的失效原因是电容器的质量隐患所致 ，受其制造工艺过程的复杂性影响。
2 固体电解质钽电容器的失效分析
某型号机器在随机振动过程中，± 15V 电压降至 5V 左右，后经检查发现该电容器短路， 在整机板上的连接如图 1 所示。
测试发现，电容器正负极间已经短波， 其阻值约为Q。与原始失效现象一致。采用BT1505 型 X 光机透视观察， 看到电容器内部阳极一端空腔内有一块较大的多余物， 其 X 光机下的形 貌如图2所示。将电容器振动后在 X光机下换不同角度的观察，
发现多余物可以移动。 然后
分别将电容器进行摇晃、振动、翻转，重新测试，电容器时而短路，时而正常。证实电容器 失效确是因内部多余物引起时断时通。 仔细进行解剖分析， 剥除电容器阴极金属外壳， 暴露 出阳极内芯，取出内部多余物，在显微镜下检查，此多余物为焊锡，如图
3 所示。取出电容
器腔体内的多余焊锡后，用数字电桥测试仪测试电容值， 结果正常，100Hz条件下为 卩f,1kHz 条件下为卩
f。
该钽电容器因腔体内部有焊锡多余物， 在振动试验中引起短路失效， 产生多余物的原因 是焊接不当， 如铬铁温度高， 持续时间长， 引起电容器内钽丝与阳极引线熔焊的焊锡受热后 流出所致 。因此我们建设：（ 1）在焊接器电容器的过程中应尽量缩短焊接时间，以免使电 容器内焊锡熔化变为多余物，引起短路失效；（
2）进行X射线透视观察，淘汰有多余物的
电容器。用户接到分析报告后返回焊接过程检查， 证实是工作人员镀锡时不慎将电容器浸入 锡锅较深且放置时间较长引起的。类似失效情况还有几例，所以此类问题应引起足够重视。
图1固体电解质钽电容器的连接图
图2X光机透视形貌
图3电容器及焊锡多余物的形貌
图4独石电容器在板上的连接
3.多层独石瓷介电容器的失效分析
（1）某工程型号的电源箱中有 1只独石电容器，在出厂测试时发现交流输出跳变，随
着通电时间的加长， 电压下降。更换此电容器后，工作正常，该电容器在整机板上的连接如 图 4 所示。用数字电桥测试该电容器，其电容值合格。再用电桥测试正常电容器时，并联
10kQ电阻器，测量其电容值不变，说明有微漏电流情况下不影响电容器的电容值。给电容 器加上直流电压
测试漏电流，开始加电压较小（如
缓慢升到7V,漏电流开始出现并振荡增大，这时降低电压至
5V）,漏电流为0卩A,然后将直流电压
5V,漏电流仍维持逐渐振荡上
行的走势，后来达到50 uA以上，此过程可反复出现。再进一步测试，发现电容器在改变电 极性时，漏电流大小有明显差别，一个方向为
容器加50V电压，半小时内的漏电流始终为零。按图
10 H 左右，另一个方向大于 50 u A。正常电
5所示线路进行测试。
① 开关K2断开时，用正常电容器测试，无论K1置于1端或2端，输出波形信号的直流 中心点始终为零。在 K1置于1端，K2接通时，输出信号直流中心值为—
6V。
② 当K1开关置于1端时，K2断开，输入端交流信号叠加上直流电平。此时用合格电容 器测试的输出波形直流中心值还是 0V,输出波形稳定。这时改用失效电容器时，输出信号 的直流中心值为— 6V。
以上测试说明失效电容器已无隔离直流的能力， 有漏电现象。 另外， 此时输出信号还有 跳变现象， 由于电容器漏电是不稳定的， 时大时小，所以输出波形跳变，复现了原始失效现 象。
去除电容器封装材料前后， 分别进行超声清洗并在烘干后进行高温测试 ，电容器的漏电 流现象一直存在。由此 排除了沾污和潮气造成失效的可能 ，证明是电容器芯本身漏电所致。 由于失效电容器的漏电流与所加电压极性有关， 而该电容器为无极性电容器， 这一表面“矛 盾”的现象，反映出 电容器内部存在导电离子，属于离子迁移所致的电性能退化失效。
（2）在某型号的分系统中， 1 只失效的独石瓷介电容器（与上例同型号），在整机进 行单元测试的
加温过程中发现无输出，经查是该独石电容器失效。已累计工作时间达 小时以上。 外观检查可见电容器外部封装塑封材料有烧焦发黑痕迹，
200
在立体显微镜下放大后
观察可见， 烧焦处表面局部鼓起并有裂纹。测试电容器两端， 呈现短路状态，正常应为环状 曲线。
钽电容和独石电容器应用中的失效分析
