ag官网-ag凯发-ag厅在线试玩
干货|各类电子元器件失效机理分析

干货|各类电子元器件失效机理分析

时间: 2019-12-21
电子元器材的首要失效方式包含但不限于开路、短路、焚毁、爆破、漏电、功用失效、电参数漂移、非安稳失效等。关于硬件工程师来讲电子元器材失效是个非常费事的作业,比方某......

电子元器材的首要失效方式包含但不限于开路、短路、焚毁、爆破、漏电、功用失效、电参数漂移、非安稳失效等。关于硬件工程师来讲电子元器材失效是个非常费事的作业,比方某个半导体器材外表无缺但实践上现已半失效或许全失效会在硬件电路调试上花费大把的时刻,有时乃至炸机。


硬件工程师调试爆破现场


所以把握各类电子元器材的实效机理与特性是硬件工程师比不行少的常识。下面分类细叙一下各类电子元器材的失效方式与机理。


电阻器失效方式与机理


失效方式:各种失效的现象及其体现的方式。


失效机理:是导致失效的物理、化学、热力学或其他进程。


1、电阻器的首要失效方式与失效机理为


1) 开路:首要失效机理为电阻膜焚毁或大面积掉落,基体开裂,引线帽与电阻体掉落。


2) 阻值漂移超标准:电阻膜有缺点或退化,基体有可动钠离子,维护涂层不良。


3) 引线开裂:电阻体焊接工艺缺点,焊点污染,引线机械应力损害。


4) 短路:银的搬迁,电晕放电。


2、失效方式占失效总份额表


(1) 线绕电阻失效方式占失效总份额开路90%阻值漂移2%
引线开裂7%其它1%


(2) 非线绕电阻失效方式占失效总份额开路49%阻值漂移22%
引线开裂17%其它7%


3、失效机理剖析


电阻器失效机理是多方面的,作业条件或环境条件下所发作的各种理化进程是引起电阻器老化的原因。



(1) 导电资料的结构改变


薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积办法取得,在必定程度上存在无定型结构。按热力学观念,无定型结构均有结晶化趋势。在作业条件或环境条件下,导电膜层中的无定型结构均以必定的速度趋向结晶化,也即导电资料内部结构趋于细密化,能常会引起电阻值的下降。结晶化速度随温度升高而加快。


电阻线或电阻膜在制备进程中都会接受机械应力,使其内部结构发作畸变,线径愈小或膜层愈薄,应力影响愈显着。一般可选用热处理办法消除内应力,剩余内应力则或许在长时刻运用进程中逐步消除,电阻器的阻值则或许因而发作改变。


结晶化进程和内应力铲除进程均随时刻推移而减缓,但不行能在电阻器运用期间停止。能够以为在电阻器作业期内这两个进程以近似稳定的速度进行。与它们有关的阻值改变约占原阻值的千分之几。


电负荷高温老化:任何状况,电负荷均会加快电阻器老化进程,而且电负荷对加快电阻器老化的效果比升高温度的加快老化结果更显着,原因是电阻体与引线帽触摸部分的温升超越了电阻体的均匀温升。一般温度每升高10℃,寿数缩短一半。假如过负荷使电阻器温升超越额外负荷时温升50℃,则电阻器的寿数仅为正常状况下寿数的1/32。可经过不到四个月的加快寿数实验,即可查核电阻器在10年期间的作业安稳性。


直流负荷—电解效果:直流负荷效果下,电解效果导致电阻器老化。电解发作在刻槽电阻器槽内,电阻基体所含的碱金属离子在槽间电场中位移,发作离子电流。湿气存在时,电解进程更为剧烈。假如电阻膜是碳膜或金属膜,则首要是电解氧化;假如电阻膜是金属氧化膜,则首要是电解复原。关于高阻薄膜电阻器,电解效果的结果可使阻值增大,沿槽螺旋的一侧或许呈现薄膜损坏现象。在潮热环境下进行直流负荷实验,可全面查核电阻器基体资料与膜层的抗氧化或抗复原功能,以及维护层的防潮功能。

(2) 硫化


有一批现场外表在某化工厂运用一年后,外表纷繁呈现毛病。经剖析发现外表中运用的厚膜贴片电阻阻值变大了,乃至变成开路了。把失效的电阻放到显微镜下调查,能够发现电阻电极边际呈现了黑色结晶物质,进一步剖析成分发现,黑色物质是硫化银晶体。本来电阻被来自空气中的硫给腐蚀了。



(3) 气体吸附与解吸


膜式电阻器的电阻膜在晶粒鸿沟上,或导电颗粒和黏结剂部分,总或许吸附非常少数的气体,它们构成了晶粒之间的中心层,阻止了导电颗粒之间的触摸,然后显着影响阻值。


组成膜电阻器是在常压下制成,在真空或低气压作业时,将解吸部分附气体,改善了导电颗粒之间的触摸,使阻值下降。相同,在真空中制成的热分化碳膜电阻器直接在正常环境条件下作业时,将因气压升高而吸附部分气体,使阻值增大。假如将未刻的半制品预置在常压下恰当时刻,则会进步电阻器制品的阻值安稳性。


温度和气压是影响气体吸附与解吸的首要环境要素。关于物理吸附,降温可添加平衡吸附量,升温则反之。因为气体吸附与解吸发作在电阻体的外表。所以对膜式电阻器的影响较为显着。阻值改变可达1%~2%。


(4) 氧化


氧化是长时刻起效果的要素(与吸附不同),氧化进程是由电阻体外表开端,逐步向内部深化。除了贵金属与合金薄膜电阻外,其他资料的电阻体均会遭到空气中氧的影响。氧化的结果是阻值增大。电阻膜层愈薄,氧化影响就更显着。


防止氧化的底子办法是密封(金属、陶瓷、玻璃等无机资料)。选用有机资料(塑料、树脂等)涂覆或灌封,不能完全防止维护层透湿或透气,虽能起到推迟氧化或吸附气体的效果,但也会带来与有机维护层有关的些新的老化要素。


(5) 有机维护层的影响


有机维护层构成进程中,放出缩聚效果的蒸腾物或溶剂蒸气。热处理进程使部分蒸腾物分散到电阻体中,引起阻值上升。此进程虽可继续1~2年,但显着影响阻值的时刻约为2~8个月,为了确保制品的阻值安稳性,把产品在仓库中放置一段时刻再出厂是比较适合的。


(6) 机械损害


电阻的牢靠很大程度上取决于电阻器的机械功能。电阻体、引线帽和引出线等均应具有满意的机械强度,基体缺点、引线帽损坏或引线开裂均可导致电阻器失效。


电解电容失效


失效方式


1、耗尽失效


耗尽失效(1)一般电解电容器寿数的终了评判依据是电容量下降到额外(初始值)的80%以下。因为前期铝电解电容器的电解液充盈,铝电解电容器的电容量在作业前期缓慢下降。跟着负荷进程中作业电解液不断修补倍杂质损害的阳极氧化膜所构成的电解液逐步削减。到运用后期,因为电解液蒸腾而削减,粘稠度增大的电解液就难于充沛触摸经腐蚀处理的粗糙的铝箔外表上的氧化膜层,这样就使铝电解电容器的极板有用面积减小,即阳极、阴极铝箔容量削减,引起电容量急剧下降。因而,能够以为铝电解电容器的容量下降是因为电解液蒸腾构成。而构成电解液的蒸腾的最首要的原因便是高温环境或发热。


耗尽失效(2)因为运用条件使铝电解电容器发热的原因是铝电解电容器在作业在整流滤波(包含开关电源输出的高频整流滤波)、功率电炉的电源旁路时的纹波(或称脉动)电流流过铝电解电容器,在铝电解电容器的ESR发作损耗并转变成热使其发热。


当铝电解电容器电解液蒸腾较多、溶液变稠时,电阻率因粘稠度增大而上升,使作业电解质的等效串联电阻增大,导致电容器损耗显着上升,损耗角增大。例如关于105度作业温度的电解电容器,其最大芯包温度高于125度时,电解液粘稠度骤增,电解液的ESR添加近十倍。.增大的等效串联电阻会发作更大热量,构成电解液的更大蒸腾。如此循环往复,铝电解电容器容量急剧下降,乃至会构成爆破。


耗尽失效(3)漏电流添加往往导致铝电解电容器失效。


运用电压过高和温度过高都会引起漏电流的添加


2、压力开释设备动作


压力开释设备动作为了防止铝电解电容器中电解液因为内部高温欢腾的气体或电化学进程而发作的气体而引起内部高气压构成铝电解电容器的爆破。为了消除铝电解电容器的爆破,直径8毫米以上的铝电解电容器均设置了压力开释设备,这些压力开释设备在铝电解电容器内部的气压到达没有使铝电解电容器爆破的风险压力前动作,泄放出气体。跟着铝电解电容器的压力开释设备的动作,铝电解电容器即宣告失效。


铝电解电容器压力开释设备(中心的十字)


电化学进程导致压力开释设备动作铝电解电容器的漏电流便是电化学进程,前面现已翔实论说,不再赘述。电化学进程将发作气体,这些气体的聚积将构成铝电解电容器的内部气压上升,终究到达压力开释设备动作泄压。


温度过高导致压力开释设备动作铝电解电容器温度过高或许是环境温度过高,如铝电解电容器邻近有发热元件或整个电子设备就出在高温环境;


铝电解电容器温度过高的第二个原因是芯包温度过高。铝电解电容器芯包温度过高的底子原因是铝电解电容器流过过高的纹波电流。过高的纹波电流在铝电解电容器的ESR中发作过度的损耗而发作过度的发热使电解液欢腾发作很多气体使铝电解电容器内部压力及急剧升高时压力开释设备动作。


3、瞬时超温


一般铝电解电容器的芯包中心温度每下降10℃,其寿数将增大到本来的一倍。这个中心大致坐落电容器的中心,是电容器内部最热的点。可是,当电容器升温挨近其最大答应温度时,关于大多数类型电容器在125℃时,其电解液要遭到电容器芯包的架空(driven),导致电容器的ESR增大到本来的10倍。在这种效果下,瞬间超温或过电流能够使ESR永久性的增大,然后构成电容器失效。在高温文大纹波电流的运用中特别要警觉瞬时超温发作的或许,还要额外留意铝电解电容器的冷却。


4、瞬时过电压的发作


上电冲击上电进程中,因为滤波电感开释储能到滤波电容器中,导致滤波电容器的过瞬时过电压。


上电过电压暗示


电容过电压失效的防备


电容器在过压状态下简单被击穿,而实践运用中的瞬时高电压是常常呈现的。


挑选接受瞬时过电压功能好的铝电解电容器,RIFA有的铝电解电容器就给出了瞬时过电压值得参数。



5、电解液干枯是铝电解电容器失效的最首要原因


电解液干枯的原因电解液天然蒸腾电解液的耗费


电解液天然蒸腾电解液的蒸腾速度随温度的升高电解液的蒸腾速度与电容器的密封质量有关,不管在高温仍是在低温条件下都要有杰出的密封性


电解液的耗费漏电流所引起的电化学效应耗费电解液铝电解电容器的寿数随漏电流添加而削减漏电流随温度的升高而添加:25℃时漏电流仅仅是85℃时漏电流的不到非常之一漏电流随施加电压升高而添加:耐压为400V的铝电解电容器在额外电压下的漏电流大约是90%额外电压下的漏电流的5倍。


6、电解液干枯的时刻便是铝电解电容器的寿数


影响铝电解电容器寿数的的要素(温度1)依据铝电解电容器的电解液的不同,铝电解电容器的最高作业温度可分为:一般用处:85℃一般高温用处:105℃特别高温用处:125℃轿车发动机舱:140~150℃


影响铝电解电容器寿数的的要素(额外寿数小时数)按寿数小时数铝电解电容器能够分为:一般用处(常温,3年以内):1000小时一般用处(常温,期望比较长的时刻):2000小时以上工业级:更长的寿数小时数


影响铝电解电容器寿数的的要素(温度2)温度每升高10℃,寿数小时数折半


影响铝电解电容器寿数的的要素(电解液)电解液的多与寡决议铝电解电容器的寿数


影响铝电解电容器寿数的的要素(运用条件)高温缩短铝电解电容器寿数高纹波电流缩短铝电解电容器寿数作业电压过高缩短铝电解电容器寿数


7、影响铝电解电容器寿数的参数与运用条件


作业电压与漏电流的联系


某公司出产的450V/4700μF/85℃铝电解电容器的漏电流与施加电压的联系


温度与漏电流的联系


某公司出产的450V/4700μF/85℃铝电解电容器的漏电流与环境温度的联系


温度、电压、纹波电流一起效果对寿数的影响


以某电子镇流器用铝电解电容器为例。


在不同的电压与温度条件下的铝电解电容器寿数不同



某电子镇流器用铝电解电容器降额寿数特性



某电子镇流器用铝电解电容器的过电压寿数特性



铝电解电容器的寿数与温度、纹波电流的联系



电感失效剖析


电感器失效方式:电感量和其他功能的超差、开路、短路


模压绕线片式电感失效机理:1.磁芯在加工进程中发作的机械应力较大,未得到开释


2.磁芯内有杂质或空泛磁芯资料自身不均匀,影响磁芯的磁场状况,使磁芯的磁导率发作了误差;


3.因为烧结后发作的烧结裂纹;


4.铜线与铜带浸焊衔接时,线圈部分溅到锡液,融化了漆包线的绝缘层,构成短路;


5.铜线纤细,在与铜带衔接时,构成假焊,开路失效


1、耐焊性


低频片感经回流焊后感量上升 《 20%


因为回流焊的温度超越了低频片感资料的居里温度,呈现退磁现象。片感退磁后,片感资料的磁导率康复到最大值,感量上升。一般要求的操控规模是片感耐焊接热后,感量上升幅度小于20%。


耐焊性或许构成的问题是有时小批量手艺焊时,电路功能悉数合格(此刻片感未全体加热,感量上升小)。但大批量贴片时,发现有部分电路功能下降。这或许是因为过回流焊后,片感感量会上升,影响了线路的功能。在对片感感量精度要求较严厉的当地(如信号接纳发射电路),应加大对片感耐焊性的重视。


检测办法:先丈量片感在常温时的感量值,再将片感浸入熔化的焊锡罐里10秒钟左右,取出。待片感完全冷却后,丈量片感新的感量值。感量增大的百分比既为该片感的耐焊性巨细


2、可焊性


电镀简介当到达回流焊的温度时,金属银(Ag)会跟金属锡(Sn)反响构成共熔物,因而不能在片感的银端头上直接镀锡。而是在银端头上先镀镍(2um 左右) ,构成阻隔层,然后再镀锡(4-8um )。


可焊性检测将待检测的片感的端头用酒精清洗洁净,将片感在熔化的焊锡罐中浸入4秒钟左右,取出。假如片感端头的焊锡覆盖率到达90%以上,则可焊性合格。


可焊性不良1)端头氧化:当片感触高温、湿润、化学品、氧化性气体(SO2、NO2等)的影响, 或保存时刻过长,构成片感端头上的金属Sn氧化成SnO2,片感端头变暗。因为SnO2欠好Sn、 Ag、Cu等生成共熔物,导致片感可焊性下降。片感产品保质期:半年。假如片感端头被污染,比方油性物质,溶剂等,也会构成可焊性下降


2)镀镍层太薄,吃银:假如镀镍时,镍层太薄不能起阻隔效果。回流焊时,片感端头上的Sn和自身的Ag首要反响,而影响了片感端头上的Sn和焊盘上的焊膏共熔,构成吃银现象,片感的可焊性下降。


判别办法:将片感浸入熔化的焊锡罐中几秒钟,取出。如发现端头呈现坑洼状况,乃至呈现瓷体显露,则可判别是呈现吃银现象的。


3、焊接不良


内应力假如片感在制作进程中发作了较大的内部应力,且未采纳办法消除应力,在回流焊进程中,贴好的片感会因为内应力的影响发作立片,俗称立碑效应。



判别片感是否存在较大的内应力,可采纳一个较简洁的办法:


取几百只的片感,放入一般的烤箱或低温炉中,升温至230℃左右,保温,调查炉内状况。如听见噼噼叭叭的响声,乃至有片子跳起来的声响,阐明产品有较大的内应力。


元件变形假如片感产品有曲折变形,焊接时会有扩展效应。


焊接不良、虚焊焊接正常
焊盘规划不妥a.焊盘两头应对称规划,防止巨细不一,不然两头的熔融时刻和润湿力会不同b.焊合的长度在0.3mm以上(即片感的金属端头和焊盘的重合长度)c.焊盘地步的长度尽量小,一般不超越0.5mm。d.焊盘的自身宽度不宜太宽,其合理宽度和MLCI宽度比较,不宜超越0.25mm


贴片不良当贴片时,因为焊垫的不平或焊膏的滑动,构成片感偏移了θ角。因为焊垫熔融时发作的润湿力,或许构成以上三种状况,其间自行归正为主,但有时会呈现拉的更斜,或许单点拉正的状况,片感被拉到一个焊盘上,乃至被拉起来,斜立或直立(立碑现象)。现在带θ角偏移视觉检测的贴片机可削减此类失效的发作



焊接温度回流焊机的焊接温度曲线须依据焊料的要求设定,应该尽量确保片感两头的焊料一起熔融,以防止两头发作润湿力的时刻不同,导致片感在焊接进程中呈现移位。如呈现焊接不良,可先承认一下,回流焊机温度是否呈现异常,或许焊料有所改变。


电感在急冷、急热或部分加热的状况下易破损,因而焊接时应特别留意焊接温度的操控,一起尽或许缩短焊触摸摸时刻


回流焊引荐温度曲线
手艺焊引荐温度曲线


4、上机开路


虚焊、焊触摸摸不良从线路板上取下片感测验,片感功能是否正常


电流烧穿如选取的片感,磁珠的额外电流较小,或电路中存在大的冲击电流会构成电流烧穿,片感或磁珠 失效,导致电路开路。从线路板上取下片感测验,片感失效,有时有烧坏的痕迹。假如呈现电流烧穿,失效的产品数量会较多,同批次中失效产品一般到达百分级以上。


焊接开路回流焊时急冷急热,使片感内部发作应力,导致有极少部分的内部存在开路危险的片感的缺点变大,构成片感开路。从线路板上取下片感测验,片感失效。假如呈现焊接开路,失效的产品数量一般较少,同批次中失效产品一般小于千分级。


5、磁体破损


磁体强度片感烧结欠好或其它原因,构成瓷体强度不行,脆性大,在贴片时,或产品受外力冲击构成瓷体破损


附着力假如片感端头银层的附着力差,回流焊时,片感急冷急热,热胀冷缩发作应力,以及瓷体受外力冲击,均有或许会构成片感端头和瓷体别离、掉落;或许焊盘太大,回流焊时,焊膏熔融和端头反响时发作的润湿力大于端头附着力,构成端头损坏。


片感过烧或生烧,或许制作进程中,内部发作微裂纹。回流焊时急冷急热,使片感内部发作应力,呈现晶裂,或微裂纹扩展,构成瓷体破损。


半导体器材失效剖析


半导体器材失效剖析便是经过对失效器材进行各种测验和物理、化学、金相实验,确认器材失效的方式(失效方式),剖析构成器材失效的物理和化学进程(失效机理),寻觅器材失效原因,制定纠正和改善办法。加强半导体器材的失效剖析,进步它的固有牢靠性和运用牢靠性,是改善电子产品质量最活跃、最底子的办法,对进步整机牢靠性有着非常重要的效果。


半导体器材与运用有关的失效非常杰出,占悉数失效器材的绝大部分。进口器材与国产器材比较,器材固有缺点引起器材失效的份额显着较低,阐明进口器材工艺操控得较好,固有牢靠性水平较高。


1、与运用有关的失效


与运用有关的失效原因首要有:


过电应力损害、静电损害、器材选型不妥、运用线路规划不妥、机械过应力、操作失误等。


①过电应力损害。过电应力引起的焚毁失效占运用中失效器材的绝大部分,它发作在器材测验、挑选、装置、调试、运转等各个阶段,其详细原因多种多样,常见的有剩余物引起的桥接短路、地线及电源体系发作的电浪涌、烙铁漏电、仪器或测验台接地不妥发作的感应电浪涌等。按电应力的类型区别,有金属桥接短路后构成的继续大电流型电应力,还有线圈反冲电动势发作的瞬间大电流型电应力以及漏电、感应等引起的高压小电流电应力;按器材的损害机理区别,有外来过电应力直接构成的PN结、金属化焚毁失效,还有外来过电应力损害PN结触发CMOS电路闩锁后引起电源电流增大而构成的焚毁失效。


②静电损害。严厉来说,器材静电损害也归于过电应力损害,可是因为静电型过电应力的特别性以及静电灵敏器材的广泛运用,该问题日渐杰出。静电型过电应力的特点是:电压较高(几百伏至几万伏),能量较小,瞬间电流较大,但继续时刻极短。与一般的过电应力比较,静电型损害常常发作在器材运送、传送、装置等非加电进程中,它对器材的损害进程是不知不觉的,损害性很大。从静电对器材损害后的失效方式来看,不只有PN结劣化击穿、外表击穿等高压小电流型的失效方式,也有金属化、多晶硅焚毁等大电流失效方式。


③器材选型不妥器材选型不妥也是常常发现的运用问题引起失效的原因之一,首要是规划人员对器材参数、功能了解不全面、考虑不周,选用的器材在某些方面不能满意所规划的电路要求。


④操作失误。操作失误也是器材常常呈现的失效原因之一,例如器材的极性接反引起的焚毁失效等。


2、器材固有缺点引起的失效


与器材固有缺点有关的失效原因首要有:外表问题、金属化问题、压焊丝键合问题、芯片键合问题、封装问题、体内缺点等。在这几种原因中,对器材牢靠性影响较大的是外表问题、键合问题和粘片问题引起的失效,它们均带有批次性,且常常重复呈现。


(1) 外表问题从牢靠性方面考虑,对器材影响最大的是二氧化硅层内的可动正离子电荷,它会使器材的击穿电压下降,漏电流增大,而且跟着加电时刻的添加使器材功能逐步劣化。有这种缺点的器材用惯例的挑选办法不能除掉,对牢靠性损害很大。此外,芯片外表二氧化硅层中的针孔对器材牢靠性的影响也较大。有这种缺点的器材,针孔刚开端时往往还有一层极薄的氧化层,器材功能仍是正常的,还可顺畅经过老炼、挑选等实验,但长时刻运用后因为TDDB效应和电浪涌的冲击,针孔就会穿通短路,引起器材失效。


(2) 金属化问题引起器材失效的常见的金属化问题是台阶断铝、铝腐蚀、金属膜划伤等。关于一次集成电路,台阶断铝、铝腐蚀较为常见:关于二次集成电路来说,内部金属膜电阻在清洗、擦洗时被划伤而引起开路失效也是常见的失效方式之一。


(3) 压焊丝键合问题常见的压焊丝键合问题引起的失效有以下几类。


①压焊丝端头或压焊点沾污腐蚀构成压焊点掉落或腐蚀开路。


②外压焊点下的金层附着不牢或发作金铝合金,构成压焊点掉落。


③压焊点过压焊,使压焊丝颈部断开构成开路失效。


④压焊丝弧度不行,与芯片外表夹角太小,简单与硅片棱或与键合丝下的金属化铝线相碰,构成器材失效。


(4) 芯片键合问题最常见的是芯片粘结的焊料太少、焊料氧化、烧结温度过低等引起的开路现象。芯片键合欠好,焊料氧化发黑,导致芯片在"磁成形"时遭到机械应力效果后从底座抬起别离,构成开路失效。


(5) 封装问题封装问题引起的失效有以下几类。


①封装欠好,管壳漏气,使水汽或腐蚀性物质进入管壳内部,引起压焊丝和金属化腐蚀。


②管壳存在缺点,使管腿开路、短路失效。


③内涂料龟裂、折断键合铝丝,构成器材开路或瞬时开路失效。这种失效现象往往发作在器材进行高、低温实验时。


(6) 体内缺点半导体器材体内存在缺点也可引起器材的结特性变差而失效,但这种失效方式并不多见,而常常呈现的是体内缺点引起器材二次击穿耐量和闩锁阈值电压下降而构成焚毁。

免责声明:本文系网络转载,版权归原作者一切。如本文所用视频、图片、文字如触及作品版权问题,请在文末留言奉告,咱们将在第一时刻处理!本文内容为原作者观念,并不代表本大众号附和其观念和对其真实性担任。


咨询热线:400-000-889

公司地址:中国.广东.深圳.福田区.国际电子商务产业园

Copyright © 2018 ag官网ag官网-ag凯发-ag厅在线试玩 All Rights Reserved  

扫一扫,官方微博
扫一扫,官方微博