1   MLCC结构简介

片式多层陶瓷电容器的ㄨ结构主要包括三大部分:陶瓷介质，金属内电极，金←属外电极。在其内部，金属电极层与陶瓷介质层交替堆叠；金属内电极一端与外电极相连的话，则另一端必定被埋在陶瓷介质内不与另☆一侧外电极相连；每两个相邻的金属内电极与其中间的陶瓷介质一起，构成了多个并联平板电容器。这种巧妙的结构设计特别适宜于连续的自动化生产，并能够显著提高单位体积的电容量。但也正是由于这种结构，造成了在MLCC内部的边缘电场发生畸变，同时也使内部的金属电极之间电流分布不均匀。如果在MLCC内部无材料和加工方面的缺陷，则MLCC的击穿容易发生在这些部位上，造成MLCC的失效。片式多层陶瓷电容器原理图、结构示意◆图和实物切片图如下图所示。

2、MLCC击穿类型

对MLCC来说，主要有两种击穿失效模式：一种是电压击穿，或者称为电击穿；另一种是电流击穿，属于热击穿。这两■种击穿规律不同，物理过程╲也不同，存在着较大的差异。另外№还有一些其他类型的击穿，如电应力↙击穿等，电应力击穿一般发生在介质层很薄、大容量的MLCC中，击穿机理同电压击穿。

本次失效模⌒式为电压击穿，对电压击穿机理详细展开进行分析：

电容器在电场作用下，瞬时发生的击穿为电▽压击穿。其机理是电容器介质中的自由电子在强电场作用下，碰撞中性分子，使之电离产生正离子和新∏的自由电子，这种电离过程的急剧进行,形∮成雪崩式的电子流，导致介质击穿。这类击穿通常发生在环境♀温度不高的情况下，击穿的发生与施加电压的时间和≡环境¤温度无关，主要取决于♀介质的微观结构，也和介质厚度、电极面积等因素有关。

对于MLCC来说，发生电击穿除了与上述提到的因素有关外，还◣与其内部电极的边缘电场畸变有更为直接的关系。在MLCC的内部，电场分布情况见图所示。

在A、B两点的左侧，邻近的两个金属电极平行相对，是典型的平板电容器结构，内部分布着均匀电∑　场E1；在A、B两点的右侧，上面一层是短电极，金属电极层在A点被陶⌒瓷介质阻断，与相邻外电极CD不相连，下面一层金属长电极与外电极▽在C点紧密连接△，这种长短不齐的结构造成了电场畸变，使之在ABCD区域内为非均匀电场。在陶瓷介质中取两个柱形高斯闭合面，详见下图。

两个柱状高斯闭合面一个是在均匀电场内的长方形柱体，另一个是在非均匀◥电场但与均匀电场交界的梯形柱体。两个柱体的上下底面均与金属电极平行，下底S4、S5取在金属电□极层内，上底S1、S2取在陶瓷介质中并靠近金属电极层。设金属电极层内的电荷密度均为σ。

包围在◥此闭合高斯面内的自由电荷Q1=σ*S5，它分█布在短电极下侧的表面上，按照有介质时的高斯≡定理：

ΦSD1dS=Q1=σ*S5=D1S1                         （1）

式中D1为均匀电场E1中的电位「移矢量。

在S2面上有通量，包围在此闭合高斯面内的自由电荷Q2=σ*S4：

ΦSD3dS=Q2=σ*S4                               （2）

式中D3为均匀电场E3中的电位移矢①量，当S2中的边长b取足够小，则D3可近似为均匀，同时考虑到D3与S2的外法线方向存在夹角θ，则有：

ΦSD3dS=D3S2cosθ=Q2=σ*S4                      （3）

如令S4=S5，由于金属电极内的电荷密度σ处处相等，则Q1=Q2，则有：

D1S1= D3S2cosθ                                 （4）

根据⌒　电位移矢量公式D=εE，则有：

E1S1= E3S2cosθ→S1/S2= E3*cosθ/E1= E2/E1       （5） 

因为b足够小，S2很小，因此S1/S2>>1，可得出E2>>E1。说明在A点的电√场强度E2远大于均匀电场E1。上述分析仅针对下电极BC段，其实外电极CD段的E4对E2方向上的电▲场强度也有贡献，所以A点的实际电场强度比所分析的E2还要强。

过压试验故障品击穿点基本也在该位置，与理论研究吻合。

3、结论