论文部分内容阅读
[摘 要]失效分析是电子元器件的质量和可靠性保证体系的重要组成部分。电子元器件的可靠性是评价可靠性能水平的重要手段，是可靠性研究的基本环节。电子元器件在使用过程中，常常会出现失效和故障，从而影响设备的正常工作。分析了常见的电阻器类、电容器类、电感和变压器类等失效模式和失效机理、失效原因和常见的故障现象。实践证明：只有了解电子元器件的失效机理和常见故障，才能保证设备或系统的可靠性工作。电子元器件是电子产品的基本要素，任何元器件的损坏都会造成设备无法正常工作。
[关键词]电子元器件；失效机理；电阻器、电容器、电感和变压器等失效故障分析
中图分类号：TH163 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
在实际生活中，我们常用电子设备中绝大部分故障最终都是由于电子元器件故障引起的。如果熟悉了元器件的失效机理和故障类型，有时通过直觉就可迅速的找出故障元件，有时只要通过简单的电阻、电压测量即可找出故障。
一.失效的含义
失效是指电子元器件出现的故障。各种电子系统或者电子电路的重要组成部分一般是不同类型的元器件，当它需要的元器件较多时，则标志其设备的复杂程度就较高；反之，则低。一般还会把电路故障定义为：电路系统规定功能的丧失。电子元器件失效的理念
二.失效的机理
电子元器件失效的机理也有不同分类，通常以其导致原因作为分类依据，主要可分为下面几种失效机理。
①表层劣化：元器件钠离子遭污染然后造成沟道出现漏电、γ辐射有损、表面蠕变或击穿等；②设计问题造成的劣化：指单子元器件的电路、版图以及结构等方面出现的设计问题；③内部劣化：是指由CMOS闭锁效应、二次击穿、重金属玷污、中子辐射损伤以及材料问题所引发的瞬间功率过载、结构性能退化等；④使用不当引起的损坏：指电浪涌损伤、静电损伤、过高温度造成的破坏、干扰信号导致的故障等；⑤金属化系统劣化：是指电子元器件内的铝电迁移、铝腐蚀、铝缺口等；⑥封装劣化：是指管腿出现腐蚀、漏气或壳内有外来物导致短路或漏电等。
三.失效分析常用的技术手段
失效分析常用的技术手段有：1）外部检测，对引线及镀层、各种表示等至少放大30倍的情况下进行观察，判断外观是否有一场；2）管脚点特性测试，通过管脚之间点特性测试，可以发现管脚之间是否存在有开路、短路等失效模式。当电特性测试等发现内部可能存有开路、短路时，应进行X涉嫌分析；3）电性能测试就是对元器件功能测试、各种电参数测试，以便确定其失效模式；4）细检漏和粗检漏，检查期间的密封性，判断期间是否存在漏气现象；5）朝圣扫描显微镜检查，对粘片不良留有空洞的检查特别有效；6）颗粒碰撞噪声监测即PIND监测，内部有多余物时，应进行颗粒碰撞噪声监测。
四.电子元器件失效的分类和控制
1.ESD控制
ESD失效的四个特征
隐蔽性：人体感知的静电放电电压2-3kV。
潜在性：损伤后性能没有明显的下降，往往是在产品到用户手里半年以上才发生问题。
随机性：从一个元件产生以后，一直到它失效以前的所有过程。
复杂性：分析困难，掩盖了失效的真正原因。
结合我司的生产，首先应保证生产仪器的良好，工作台面的接地，特别是烙铁和测试仪器的接地，再就是防止人体放电，正确配戴静电手环。
2.MSD的控制
期间的潮湿敏感等级分为1-6级，当大于3级（即只允许暴露168H）时，必须要经过烘烤后使用；当大于5级或5A级（即只允许暴露24-48H）以上时，建议不使用，否则就会出现“爆米花”效应（即当电子零件计入湿气时，由于外表温度的急剧升高，就会导致原件的外封装出现裂纹）。
3.DFM及可生产性设计
根据新产品的特点，对PCB布局设计，元件选择，制造工艺流程选择，器件生产性等进行审核。提出改进建议，并确定工艺难点。在PCB投板之前就预计到可能产生的工艺问题，提前消除器件生产性设计缺陷对新产品造成的影响。
五.电阻器、电容器、电感和变压器的故障分析
1.电阻器的失效机理
失效模式：开路或阻值增大
失效机理：1）电化学腐蚀；2）过电应力损伤；3）表面安装电阻受高温机械应力芯片断裂。
2.电容器失效机理
电容分类：电解电容、钽电容、陶瓷电容、薄膜电容。
失效机理：1）漏液：电容减小，阳极氧化膜损伤难以修补，漏电流增大；2）短路放电：大电流烧坏电极；3）电源反接：大电流烧坏电极，阴极氧化，绝缘膜增厚，电容量下降；4）长期放置：不通电，阳极氧化膜损伤难以修补，漏电流增大。
改进措施：降温使用，不做短路放电，电源不反接，经常通电。
3.电感和变压器类
此类元件包括电感、变压器、振荡线圈、滤波线圈等。其故障多由于外界原因所引起的，例如，当负载短路时，由于流过线圈的电流超过额定值，变压器温度升高，造成线圈短路、断路或绝缘击穿。当通风不良、温度过高或受潮时，亦会产生漏电或绝缘击穿的现象。
对于变压器的故障现象及原因，常见的有以下几种：当变压器接通电源后，若铁心发出嗡嗡的响声，则故障原因可能是铁心未夹紧或变压器负载过重；发热高、冒烟、有焦味或保险丝烧断，则可能是线圈短路或负载过重。
电感和变压器类元件的故障检查一般采用如下方法：
（1）直流电阻测量法。用万用表的电阻挡测电感类的元件的好坏。测天线线圈、振荡线圈时，量程应置于最小电阻挡（如R×1W挡）；测中周及输出输入变压器时，量程应放在低阻挡（R×10W或R×100W挡），测得的阻值与维修资料或日常积累的经验数据相对照，如果很接近则表示被测元件是正常的；如果阻值比经验数据小许多，表明线圈有局部短路；如果表针指示值为零，则说明线圈短路。应该注意的是，振荡线圈、天线线圈及中周的次级电阻很小，只有零点几欧姆，读数时尤其要仔细，不要误判断为短路。用高阻挡（R×10kW）测量初级线圈与次级线圈之间的电阻时，应该是无穷大。如果初级、次级之间有一定的电阻值，则表示初级、次级之间有漏电。
（2）通电检查法。对电源变压器可以通过通电检查，看次级电压是否下降，如果次级电压则怀疑次级（或初级）有局部短路。当通电后出现变压器迅速发烫或有燒焦味、冒烟等现象，则可判断变压器肯定有局部短路。
（3）儀器检查法。可以使用高频率Q表来测量电感量及其Q值，也可以用电感短路仪来判断低频率线圈的局部短路现象。用兆欧表则可以测量电源变压器初、次级之间的绝缘电阻。若发现变压器有漏电现象则可能是绝缘不良或受潮所引起的，此时可将变压器拆下来去潮烘干。另外，调压变压器的各种碳刷或铜刷，在维护和所用不当的情况下极容易磨损，其碎片和积炭往往因短路部分的线圈烧毁而烧毁变压器，因此平时要注意维护。
综山所述，我们了解了电子元器件失效机理、失效原因及失效分析技术常用的方法方法等。电子元器件是电子整机产品的源头，为了保证设备或系统能可靠地工作，对于电子元器件的可靠性要求就非常高。可靠性指标已经成为元器件的重要质量指标之一。了解了元器件的失效模式和失效机理，对于诊断设备故障，保持设备的可靠性是十分重要的。
参考文献
[1] 郑石平：电子元器件失效分析技术的工程应用，现代雷达，2006.11.
[2] 费庆宇：电子元器件失效分析技术与案例，中国电子学会电子元件学术年会，2002.10.
[关键词]电子元器件；失效机理；电阻器、电容器、电感和变压器等失效故障分析
中图分类号：TH163 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
在实际生活中，我们常用电子设备中绝大部分故障最终都是由于电子元器件故障引起的。如果熟悉了元器件的失效机理和故障类型，有时通过直觉就可迅速的找出故障元件，有时只要通过简单的电阻、电压测量即可找出故障。
一.失效的含义
失效是指电子元器件出现的故障。各种电子系统或者电子电路的重要组成部分一般是不同类型的元器件，当它需要的元器件较多时，则标志其设备的复杂程度就较高；反之，则低。一般还会把电路故障定义为：电路系统规定功能的丧失。电子元器件失效的理念
二.失效的机理
电子元器件失效的机理也有不同分类，通常以其导致原因作为分类依据，主要可分为下面几种失效机理。
①表层劣化：元器件钠离子遭污染然后造成沟道出现漏电、γ辐射有损、表面蠕变或击穿等；②设计问题造成的劣化：指单子元器件的电路、版图以及结构等方面出现的设计问题；③内部劣化：是指由CMOS闭锁效应、二次击穿、重金属玷污、中子辐射损伤以及材料问题所引发的瞬间功率过载、结构性能退化等；④使用不当引起的损坏：指电浪涌损伤、静电损伤、过高温度造成的破坏、干扰信号导致的故障等；⑤金属化系统劣化：是指电子元器件内的铝电迁移、铝腐蚀、铝缺口等；⑥封装劣化：是指管腿出现腐蚀、漏气或壳内有外来物导致短路或漏电等。
三.失效分析常用的技术手段
失效分析常用的技术手段有：1）外部检测，对引线及镀层、各种表示等至少放大30倍的情况下进行观察，判断外观是否有一场；2）管脚点特性测试，通过管脚之间点特性测试，可以发现管脚之间是否存在有开路、短路等失效模式。当电特性测试等发现内部可能存有开路、短路时，应进行X涉嫌分析；3）电性能测试就是对元器件功能测试、各种电参数测试，以便确定其失效模式；4）细检漏和粗检漏，检查期间的密封性，判断期间是否存在漏气现象；5）朝圣扫描显微镜检查，对粘片不良留有空洞的检查特别有效；6）颗粒碰撞噪声监测即PIND监测，内部有多余物时，应进行颗粒碰撞噪声监测。
四.电子元器件失效的分类和控制
1.ESD控制
ESD失效的四个特征
隐蔽性：人体感知的静电放电电压2-3kV。
潜在性：损伤后性能没有明显的下降，往往是在产品到用户手里半年以上才发生问题。
随机性：从一个元件产生以后，一直到它失效以前的所有过程。
复杂性：分析困难，掩盖了失效的真正原因。
结合我司的生产，首先应保证生产仪器的良好，工作台面的接地，特别是烙铁和测试仪器的接地，再就是防止人体放电，正确配戴静电手环。
2.MSD的控制
期间的潮湿敏感等级分为1-6级，当大于3级（即只允许暴露168H）时，必须要经过烘烤后使用；当大于5级或5A级（即只允许暴露24-48H）以上时，建议不使用，否则就会出现“爆米花”效应（即当电子零件计入湿气时，由于外表温度的急剧升高，就会导致原件的外封装出现裂纹）。
3.DFM及可生产性设计
根据新产品的特点，对PCB布局设计，元件选择，制造工艺流程选择，器件生产性等进行审核。提出改进建议，并确定工艺难点。在PCB投板之前就预计到可能产生的工艺问题，提前消除器件生产性设计缺陷对新产品造成的影响。
五.电阻器、电容器、电感和变压器的故障分析
1.电阻器的失效机理
失效模式：开路或阻值增大
失效机理：1）电化学腐蚀；2）过电应力损伤；3）表面安装电阻受高温机械应力芯片断裂。
2.电容器失效机理
电容分类：电解电容、钽电容、陶瓷电容、薄膜电容。
失效机理：1）漏液：电容减小，阳极氧化膜损伤难以修补，漏电流增大；2）短路放电：大电流烧坏电极；3）电源反接：大电流烧坏电极，阴极氧化，绝缘膜增厚，电容量下降；4）长期放置：不通电，阳极氧化膜损伤难以修补，漏电流增大。
改进措施：降温使用，不做短路放电，电源不反接，经常通电。
3.电感和变压器类
此类元件包括电感、变压器、振荡线圈、滤波线圈等。其故障多由于外界原因所引起的，例如，当负载短路时，由于流过线圈的电流超过额定值，变压器温度升高，造成线圈短路、断路或绝缘击穿。当通风不良、温度过高或受潮时，亦会产生漏电或绝缘击穿的现象。
对于变压器的故障现象及原因，常见的有以下几种：当变压器接通电源后，若铁心发出嗡嗡的响声，则故障原因可能是铁心未夹紧或变压器负载过重；发热高、冒烟、有焦味或保险丝烧断，则可能是线圈短路或负载过重。
电感和变压器类元件的故障检查一般采用如下方法：
（1）直流电阻测量法。用万用表的电阻挡测电感类的元件的好坏。测天线线圈、振荡线圈时，量程应置于最小电阻挡（如R×1W挡）；测中周及输出输入变压器时，量程应放在低阻挡（R×10W或R×100W挡），测得的阻值与维修资料或日常积累的经验数据相对照，如果很接近则表示被测元件是正常的；如果阻值比经验数据小许多，表明线圈有局部短路；如果表针指示值为零，则说明线圈短路。应该注意的是，振荡线圈、天线线圈及中周的次级电阻很小，只有零点几欧姆，读数时尤其要仔细，不要误判断为短路。用高阻挡（R×10kW）测量初级线圈与次级线圈之间的电阻时，应该是无穷大。如果初级、次级之间有一定的电阻值，则表示初级、次级之间有漏电。
（2）通电检查法。对电源变压器可以通过通电检查，看次级电压是否下降，如果次级电压则怀疑次级（或初级）有局部短路。当通电后出现变压器迅速发烫或有燒焦味、冒烟等现象，则可判断变压器肯定有局部短路。
（3）儀器检查法。可以使用高频率Q表来测量电感量及其Q值，也可以用电感短路仪来判断低频率线圈的局部短路现象。用兆欧表则可以测量电源变压器初、次级之间的绝缘电阻。若发现变压器有漏电现象则可能是绝缘不良或受潮所引起的，此时可将变压器拆下来去潮烘干。另外，调压变压器的各种碳刷或铜刷，在维护和所用不当的情况下极容易磨损，其碎片和积炭往往因短路部分的线圈烧毁而烧毁变压器，因此平时要注意维护。
综山所述，我们了解了电子元器件失效机理、失效原因及失效分析技术常用的方法方法等。电子元器件是电子整机产品的源头，为了保证设备或系统能可靠地工作，对于电子元器件的可靠性要求就非常高。可靠性指标已经成为元器件的重要质量指标之一。了解了元器件的失效模式和失效机理，对于诊断设备故障，保持设备的可靠性是十分重要的。
参考文献
[1] 郑石平：电子元器件失效分析技术的工程应用，现代雷达，2006.11.
[2] 费庆宇：电子元器件失效分析技术与案例，中国电子学会电子元件学术年会，2002.10.