陶瓷电容结构分类以及多层陶瓷电容的失效原因

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陶瓷电容器是以陶瓷为介电质的电容器。其结构是由二层或更多层交替出现的陶瓷层和金属层所组成，金属层连接到电容器的电极。

陶瓷材料的成分决定了陶瓷电容器的电气特性及其应用范围，依稳定性可分为以下三类：

Class1陶瓷电容器：有高稳定性和低损失，适用于谐振电路的应用。

Class2陶瓷电容器：其容积效率高，但稳定性及准确度较差，适用于缓冲、解耦及旁路电路。

Class3陶瓷电容器：其容积效率更高，但其稳定性及准确度更差。

陶瓷电容器是电子设备中最常使用的电容，每年的产量约为一兆颗。其中最常用的是积层陶瓷电容器（MLCC），且有采用表面安装技术的元件。

陶瓷电容是有两个端子的非极性元件。早期最常使用陶瓷电容是碟型电容器，比晶体管问世的时间要早，在1930年代到1950年代就应用在许多的真空管设备（如广播接收器）中，后来陶瓷电容也广泛使用在晶体管设备中。至2007年止，由于陶瓷电容相较于其他低容值电容的高容量及低成本优势，陶瓷电容仍广泛使用在各种电子设备中。

陶瓷电容可分为以下几种不同的形状及样式：

碟型，有树脂涂层，插入式封装的电容

由多层电容组成长方体的表面安装技术电容

没有针脚的碟型电容，一般会放在电路板的槽中，直接焊接在电路板上，常用在特高频（UHF）的应用。

圆筒型的，目前已不使用。

一般售出的陶瓷电容可分为以下三类：

Class1陶瓷电容：

有温度补偿，电容值准确的电容器。在不同的电压、温度下的稳定性最佳，且其损失最少。但是其容积效率也最低。典型Class1电容的温度系数为30ppm/°C，而且对温度的线性度很高，Class1陶瓷电容的散逸因数约为0.15%，因此适用在高品质因子的滤波器中。一般Class1电容的电容误差约为5%至10%，也可以找到高准确度，误差只有1%的电容器。最高准确度的Class1电容器标示为C0G或NP0。

Class2陶瓷电容

其容积效率较Class1电容要好，但其电容准确度及稳定性较差。一般的Class2电容在−55°C至85°C的温度范围内，电容量误差值会在15%以内。Class2电容的散逸因数约为2.5%。

Class3陶瓷电容

其容积效率更好，但其电容准确度及稳定性也更差。一般的Class3电容在10°C至55°C的温度范围内，电容量会有-22%至+56%的变化。Class3电容的散热因数约为4%。一般Class3电容会用在去耦电容及其他电源供应器的应用中。

以往曾经有贩售Class4陶瓷电容，其电气特性更差，但容积效率更好。不过先进的多层陶瓷电容可以在小封装内有更好的电气特性，因此取代了Class4陶瓷电容。

上述三类的电容大约对应低K（介电系数）、中K及高K的电容。三类的电容中没有哪一类是最好的，需针对应用需求选择适用的电容器。ClassI电容器体积比Class3电容器要大，若只是用于旁路及非滤波器的用途时，电容器只需考虑成本及容积效率，其准确度、稳定性及损失系数都不是主要考量，此时不适合使用Class1电容器，因此Class1电容器主要用在滤波器中，此领域除了使用Class1陶瓷电容器外，低频应用还可以使用薄膜电容，射频的应用则需要用更复杂的电容器。Class3电容器一般用在电源供应器中，此应用由于体积上的限制，除了Class3电容器外很难找到其他适用的电容器，随着陶瓷技术的进步，陶瓷电容器的容值范围也逐渐扩大，目前最大可以到100μF，许多应用已开始用陶瓷电容器来取代电解电容，陶瓷电容器的性能比会相同容值的电解电容要好，虽然其成本较电解电容要高，但随着技术的提升，其价格也越来越低。

多层陶瓷电容的失效原因分为外部因素和内在因素

内在因素

01陶瓷介质内空洞（Voids）

导致空洞产生的主要因素为陶瓷粉料内的有机或无机污染，烧结过程控制不当等。空洞的产生极易导致漏电，而漏电又导致器件内部局部发热，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，严重时导致多层陶瓷电容器开裂、爆炸，甚至燃烧等严重后果。

02烧结裂纹（FiringCrack）

烧结裂纹常起源于一端电极，沿垂直方向扩展。主要原因与烧结过程中的冷却速度有关，裂纹和危害与空洞相仿。

03分层（Delamination）

多层陶瓷电容器（MLCC）的烧结为多层材料堆叠共烧。烧结温度可以高达1000℃以上。层间结合力不强，烧结过程中内部污染物挥发，烧结工艺控制不当都可能导致分层的发生。分层和空洞、裂纹的危害相仿，为重要的多层陶瓷电容器内在缺陷。

外部因素

01温度冲击裂纹（ThermalCrack）

主要由于器件在焊接特别是波峰焊时承受温度冲击所致，不当返修也是导致温度冲击裂纹的重要原因。

02机械应力裂纹（FlexCrack）

多层陶瓷电容器的特点是能够承受较大的压应力，但抵抗弯曲能力比较差。器件组装过程中任何可能产生弯曲变形的操作都可能导致器件开裂。常见应力源有：贴片对中，工艺过程中电路板操作；流转过程中的人、设备、重力等因素；通孔元器件插入；电路测试、单板分割；电路板安装；电路板定位铆接；螺丝安装等。该类裂纹一般起源于器件上下金属化端，沿45℃角向器件内部扩展。该类缺陷也是实际发生最多的一种类型缺陷。

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Blah

陶瓷电容仍广泛使用在各种电子设备中