陶瓷电容器的横截面

我正在尝试对一堆陶瓷电容器进行故障分析。

应用程序简短说明：

10 220 µF陶瓷电容器1210封装与3.6 V电池并联放置。MCU定期唤醒（每分钟最多唤醒一次）并汲取电流（几毫秒内最大峰值10-15 mA）。返回极低功耗睡眠之前的总时间为130毫秒。电容器应该保持足够的能量来覆盖该能量，而不会降至1.6 V（MCU的最小电源电压）以下。

这是必需的，因为工作温度低，并且电池无法传送。MCU休眠时，电池有足够的时间为电容器充电。

我怀疑电容器短路。因为：

• 电池在我的一些PCB上很快耗尽了电量
• 根据我的阅读，陶瓷电容器，特别是大包装电容器，对机械应力敏感并且会破裂，从而导致短路

为了亲自了解这一点，我尝试制作横截面，但是我很难理解自己所看到的。

我如何制作横截面：

• 使用dremel切断了放置电容器的PCB角落
• 用环氧胶模制切断的PCB，使处理更容易
• 使用金刚石圆锯片在电容器的中间（纵向）截取一个横截面
• 湿磨并抛光至1微米，然后研磨1 µ研磨膜

我在两个PCB上重复了这一步骤。

三个电容器彼此相邻：

在这里，您可以看到电容器之间的色差，右上角和中下部的颜色较深。但是如您所见，位置不一样。

我没有足够的代表来添加所有图像。我将评论所有图像的链接。如果有人可以编辑并将图像添加到帖子中，将不胜感激。

深色的（右上，中下部）看起来像这样的特写。

几乎是我所期望的陶瓷电容器的外观。至少您可以看到某种分层。但是这些层并不像我预期的那样牢固。这可能是由于打磨和抛光造成的损害吗？

层之间的距离为2 µm。

较浅的颜色看起来像这样：

这是什么？！例如，高电流会导致各层像这样融化吗？还是这可能是由于我的打磨和抛光造成的？

在这里，我们可以看到焊料中有气泡。但是，靠近底部的间隙可能是机械应力造成的损坏吗？

后来我尝试进一步研磨和抛光电容器。看起来完全一样。如果奇怪的波纹和/或折断层是由于打磨和抛光引起的，我希望特性会发生变化。例如，一个波浪状的波浪现在已经折断了层，反之亦然。

使用的确切电容器是Taiyo Yuden JMK325ABJ227MM-T

在我看来，打磨/抛光做得相当好（小心一点，可能会减少划痕），并且您正在观察的是准确无损的电容器横截面图像。

“深色”图像或多或少是我希望从在电极平面上切开的电容器看到的图像。在较暗的陶瓷基体中的金属电极。对于较低值的电容器，我希望看到更粗的平行线，但是对于稍微弯曲且折断的线来说，并不令人惊讶。我希望这是由于他们采取了特殊的步骤，以便在一个很小的封装中获得很高的电容。可能结合使用栅电极而不是平面，并在构建层之后但最终烧结之前压扁/形成陶瓷，以使层更薄。

“苍白”的图像或多或少是我对平行于电极平面的电容器的期望。假设您使用了金相研磨机（看起来像它），则截面是平坦的，但电极不是。因此，您将获得类似轮廓的特征，其中电极与横截面相交。

我怀疑您会在这些图像中发现泄漏。其他要看的地方：

• 检查数据表中的预期电阻。像你想的那样高吗？检查数据表中给出的条件，看看您的环境是否可能使情况变得更糟。
• 检查一批新电容器，看看电阻是多少
• 从保修退货中检查一堆电容器，以查看电容或电阻是否已更改。
• 组装前测量PCB上的电阻（应良好且高）
• 测量一块完整的PCB（可能没有MCU）上的电阻。寻找未充分清洁并可能降低电阻的助焊剂。

我认为本次练习的目的是寻找可以的电容器。

除非您要购买成千上万的东西，否则会有购买力来使制造商倾听，对电容器进行物理分析将不会使您走上获得优质零件的道路，即使您能弄清楚找出问题所在以及如何更改制造商的流程。

首先，确定所有不同的电容器制造商。然后从每个样品中购买一些合适的电容器样品。焊接前测量其泄漏。焊接到板上并重新测量其泄漏。通过这些测试，确定可以购买或不应购买的特定零件号。然后坚持好的零件编号。

警告，泄漏测量很难做好，要等待足够长的时间，检查DMM和放大器输入电流等寄生电流，确保表面污染物不会使电路板泄漏。

对于贴片电容器而言，220uF 很大。通过使用较小的极限电容/体积比可能会得到更好的结果，即使这意味着使用更多的零件。制造商针对不同的C / V比使用不同的陶瓷，并且您可能会发现，由于您购买的特定尺寸比的容量，泄漏已经被牺牲了。请注意，诸如X7R，Y5U等之类的名称不能识别陶瓷，仅能识别温度系数和公差规格。他们无法识别电压（高C / V比陶瓷的一个非常糟糕的特征），也无法识别任何泄漏规格。