失效分析丨電容什么問題會導致PCBA失效？

背景介紹

PCBA在老化階段及使用端均出現失效，經過初步定位判斷PCBA上某個電容失效導致的。通過測試分析2pcs失效單板（PCBA1、PCBA2），3pcs失效單體電容（A電容、B電容、C電容）及未使用的單體電容，找出其失效根本原因。

測試分析

1 外觀檢查

對失效的單體電容和失效PCBA上懷疑失效的電容進行外觀檢查，發現失效單體電容外觀及懷疑失效電容外觀，未發現裂紋、刮傷等明顯異常，如圖1~2所示。

2 無損透視檢查

為確認失效單體電容，失效PCBA焊接及內部走線是否存在異常，利用X-ray對其進行無損透視檢查，發現PCBA上懷疑失效電容附近走線，失效單體電容及懷疑失效的電容結構未見明顯缺陷及異常，如圖3所示。

圖3 無損透視檢查典型形貌

3 電參數測試

為確認失效單體電容及失效PCBA在板電容參數是否存在異常，對其進行電參數測試，測試值如表1所示。

失效單體A電容、C電容接近短路狀態；失效單體B電容絕緣阻抗為17.57MΩ，明顯低于未使用的單體電容；失效PCBA上發現懷疑失效電容的阻值大小一致，懷疑失效的電容在電路中為并聯且失效PCBA上懷疑失效電容的阻值小于正常PCBA上同位置電容的阻值。

表1 電參數測試值

4 Thermal EMMI定位分析

利用Thermal EMMI熱點定位技術，對懷疑失效電容其中的一顆上電，確認失效電容位置。發現失效PCBA上懷疑失效的電容存在異常熱點，說明該電容內部存在漏電現象，其他電容未發現明顯的亮點，如圖4所示。

圖4 失效PCBA1 Thermal EMMI定位形貌

5 切片分析

為確認失效單體電容阻抗異常原因，對失效單體A電容、B電容進行切片分析。2pcs失效單體電容異常位置接近，都為最外層內電極附近位置且保護層都出現了破損。因失效單體電容已經被拆卸，不能確定保護層破損位置位于電容在PCBA上的方向及位置，需分析在板失效電容進行確認分析，如圖5~6所示。

圖5 A電容切片形貌

圖6 B電容切片形貌

6 SEM形貌分析

利用電子掃描顯微鏡對2pcs失效單體電容進行SEM形貌分析。A電容空洞位置經多次研磨后發現介質層有明顯的破損現象及碎裂形貌，且周邊存在多處微裂紋。分析發現電容介質層空洞為電容生產存在工藝缺陷導致的，為物料本身缺陷，如圖7所示；

圖7 A電容研磨后SEM形貌

B電容左側端電極存在開裂的現象且明顯多出一層，形貌與右側端電極存在明顯差異。經EDS分析發現，多出的一層為Cu層，應屬于電容在端電極工藝上存在缺陷，結果如表2所示。

表2 B電容EDS測試結果（wt%)

7 在板失效電容分析

前面分析可知：2pcs失效單體電容都出現了保護層及介質層異常且異常位置接近一致，都為最外層內電極之間存在裂紋，推斷為同一種失效模式。為確認此種失效是否由外力碰撞或電容組裝過程中造成的，對在板的失效電容進行驗證分析。

分析結果顯示：失效PCBA上單體電容外觀無明顯的撞擊痕跡及損傷。電容失效的原因同樣為最外兩層內電極存在微裂紋及端部存在介質層空洞，裂紋位于電容在PCBA上的側面，結合外觀測試結果，可排除電容因外力撞擊導致的電容失效。

結論

電容失效的原因為最外層內電極存在多處微裂紋、介質層空洞及破損。根本原因為電容本身存在明顯的質量缺陷。

建議：加強物料的來料檢驗及破壞性物理分析（DPA）。

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