在电子电路中，片式多层瓷介（MLCC）作为基础元件，具有 “隔直通交” 的特性，还具备体积小、比容大、寿命长、可靠性高和适合表面安装等优势。随着电子行业的迅猛发展，MLCC 的市场需求以每年 10% - 15% 的速度递增，堪称电子行业的 “电子大米”，不可或缺。然而，当 MLCC 失效时，可能会导致整个电子系统出现故障。因此，对 MLCC 的选型和失效分析进行深入了解至关重要。
MLCC 的结构主要由陶瓷介质、金属内电极和金属外电极三大部分组成，它是一个多层叠合的结构，可看作多个简单平行板电容器的并联体。MLCC 大致可分为 I 类（低电容率系列）和 II 类（高电容率系列）两类，根据温度特性还能进一步细分，相关温度特性由 EIA 规格与 JIS 规格等制定。I 类 MLCC 的优点是由温度引起的容量变化小，缺点是因电容率低不能具有太大容量，常用于温度补偿、高频电路和电路等；II 类 MLCC 的优点是因电容率高能够具有大容量，缺点是由温度引起的容量变化大，常用于平滑电路、耦合电路和去耦电路等。
MLCC 的关键参数包括电容值、容差、耐压、绝缘电阻和相关特性曲线等。设计人员通常比较关注电容值、容差、耐压和绝缘电阻这几个参数，但也需充分考虑 MLCC 在不同工作温度的容量变化率和 DC - Bias 效应导致的容量下降问题。
- 电容值：即静电容量，MLCC 的发展趋势是小型化、大容量。
- 容差：指在特定条件下测试的容值允许偏差范围，通常通过测试 MLCC 实际容值来检查是否符合规格要求。
- 损耗角正切（DF）：定义为有功功率与无功功率的比值，DF = tanδ = ω?C?ESR。II 类 MLCC 具有很高的介电系数和较大的损耗角正切值，DF 是与介质材料、制造工艺等相关的重要质量参数。
- 耐压：即介质击穿强度，表征介质材料承受高强度电场作用而不被电击穿的能力。当外电场强度达到临界值时，会产生雪崩效应导致突发击穿电流击穿介质使其失效。此外，高压负荷下产生的热量使介质材料电阻率降低到一定程度，延续足够长时间也会导致介质失效。介质强度反比于介质层厚度、MLCC 内部电极层数和其物理尺寸，因此需对 MLCC 进行耐压测试（一般为其工作电压的 2.5 倍）。
- 绝缘电阻：表征介质材料在直流偏压梯度下抵抗漏电流的能力。理论上陶瓷介质的电阻率无穷大，但实际因材料原子晶体结构中存在杂质和缺陷，其电阻率有限。MLCC 的绝缘电阻取决于介质材料配方、工艺过程（烧结）和测量时的温度，且会随温度的提高而下降，可通过常温测试绝缘电阻考核其烧结质量。
- 制造方面因素
- 介质材料缺陷：介质内空洞和介质分层是常见问题。陶瓷粉料内的有机或无机污染、烧结过程控制不当等会导致介质内空洞产生，使耐压强度降低，引发漏电，严重时会使 MLCC 开裂、爆炸甚至燃烧。MLCC 烧结为多层材料堆叠共烧，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，进而导致介质击穿引起短路失效。
- 生产工艺缺陷：电极结瘤会导致耐压强度降低发生击穿，与电应力过大导致电极融入形貌相似。MLCC 烧结时温控失调，有机物挥发速率不均衡，严重时会出现微裂纹，这些微裂纹在运输、加工、使用过程中可能进一步增大。
- 生产工艺方面因素
- 热应力裂纹形成机制：热应力裂纹是由于机械结构不能在短时间内消除因温度急剧变化所带来的机械张力而形成，这种张力是由热膨胀系数、导热性及温度变化率间的差异所造成。热应力产生的裂纹主要分布在陶瓷体靠近端电极的两侧，常见表现形式为贯穿陶瓷体的裂纹，有的裂纹与内电极呈现 90°。这些裂纹产生后，多数情况下在刚刚使用时整机可正常工作，但使用一段时间后，裂纹内部会不断进入水汽或离子，在外加电压的情况下，致使两个端电极间的绝缘电阻降低而导致电容器失效。
- 焊接导致的热应力失效：焊接是 MLCC 焊盘承受热冲击比较严重的情况，主要由于器件在焊接（特别是）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。
- 应用不当因素
- 温度过高：MLCC 工作环境温度过高时，会导致电容值下降、漏电流增大等现象。
- 电压过高：超过 MLCC 的额定电压使用会使电容器内部的电场强度增大，导致介质击穿。
- 频率过高：当频率过高时，电容器的阻抗会减小，导致电流过大，使电容器发热严重，甚至烧毁。并且高频下电容器的介质损耗也会增大，降低电容器的使用寿命。
- 机械应力：MLCC 在安装和使用过程中受到机械应力（如振动、冲击等）作用时，可能导致电容器内部的电极断裂、介质破碎等现象。MLCC 抵抗弯曲能力比较差，在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，这种裂纹一般起源于器件上下金属化端，沿一定方向扩展。
- 湿度和腐蚀性环境：湿度过高可能使电容器内部的介质吸湿，导致电容值下降；腐蚀性环境可能腐蚀电容器内部的电极和介质，使电容器失效。
- 电特性测试：使用 LCR 电桥进行容值和 DF 值的测试，使用绝缘测试仪测试绝缘耐压，通常 MLCC 失效样品以短路为主。
- 外观检查：通常进行 6 面检查，检查是否有明显的异常。
- 故障点粗定位：使用 Thermal 进行故障点定位，如果没有该步骤直接进入到步骤 4 也可，但通过故障点粗定位可以大致了解故障点位置，以便清楚地掌握切片观察的位置。
- 制样切片，缺陷观察
- “EOS 过电形貌”：如果是过电压导致的失效，故障点基本上是发生在特定位置（如通过理论分析得出的 A 点），故障复现验证结果可以佐证。通过对电场强度的分析，可以对故障可能原因进行初步判断。
- 机械应力导致的失效形貌：常见的 MLCC 机械应力失效通常为典型的 45° 裂纹，还有撞件导致 MLCC 失效的情况。
