電子元器件的失效可能由多種因素引起，了解這些原因及相應的檢測方法對于提高產(chǎn)品的可靠性和性能至關重要。以下是常見的失效原因及檢測方法。

　　失效原因

　　1. 環(huán)境因素：

　　- 溫度：過高或過低的溫度會導致元器件性能下降，甚至失效。

　　- 濕度：高濕度環(huán)境可能導致絕緣失效或腐蝕。

　　- 塵埃和污染：灰塵和化學污染物可能導致短路或電氣性能下降。

　　2. 電氣應力：

　　- 過電壓：超過額定電壓會導致?lián)舸┗驌p壞。

　　- 過電流：超出額定電流會引發(fā)過熱和燒毀。

　　- 電磁干擾：外部電磁場可能影響元器件的正常工作。

　　3. 機械應力：

　　- 振動和沖擊：機械振動和沖擊可能導致焊點或內(nèi)部結構損壞。

　　- 熱循環(huán)：熱脹冷縮可能導致材料疲勞和失效。

　　4. 材料缺陷：

　　- 制造缺陷：生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的缺陷，如焊接不良、材料不均勻等。

　　- 老化：材料隨著時間的推移可能會退化，導致性能下降。

　　5. 設計缺陷：

　　- 不合理的設計：設計不當可能導致元器件在特定條件下無法正常工作。

　　常見檢測方法

　　1. 視覺檢查：

　　- 使用顯微鏡或放大鏡檢查元器件表面是否有明顯的物理損傷、裂紋或焊接缺陷。

　　2. 電氣測試：

　　- 直流電阻測試：測量元器件的直流電阻，判斷其導通性。

　　- 交流阻抗測試：用于評估電容器和電感器的性能。

　　3. 熱成像檢測：

　　- 使用熱成像儀檢測元器件的溫度分布，識別過熱區(qū)域和潛在故障點。

　　4. 功能測試：

　　- 在實際工作條件下測試元器件的功能，確保其正常工作。

　　5. 老化測試：

　　- 在高溫、高濕環(huán)境下對元器件進行加速老化測試，評估其長期可靠性。

　　6. X射線檢查：

　　- 使用X射線設備檢查焊接質量和內(nèi)部結構，識別潛在的內(nèi)部缺陷。

　　7. 電磁兼容性(EMC)測試：

　　- 測試元器件對電磁干擾的抵抗能力，確保其在電磁環(huán)境中的穩(wěn)定性。

　　8. 失效分析：

　　- 對失效元器件進行分析，確定失效原因，常用方法包括掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析(EDX)等。

　　電子元器件失效原因解析> 溫度的影響

　　溫度是影響電子元器件失效的主要因素之一，特別是對于半導體器件，影響顯著。溫度變化對其性能有著顯著的影響。由于P-N結的正向壓降對溫度反應敏感，因此以P-N結為基本單元構成的雙極型半導體邏輯元件，其電壓傳輸特性和抗干擾度都與溫度緊密相關。

　　隨著溫度的升高，P-N結的正向壓降會逐漸減小，這會導致元件的低電平抗干擾電壓容限縮小，而高電平抗干擾電壓容限則增大。這種變化會引起輸出電平的偏移、波形失真、穩(wěn)態(tài)失調(diào)等問題，嚴重時甚至可能導致熱擊穿。

　　此外，構成雙極型半導體器件的P-N結對溫度變化非常敏感，當P-N結處于反向偏置狀態(tài)時，由少數(shù)載流子形成的反向漏電流也會受到溫度變化的影響。

　　公式表明，當溫度從TR℃升高到T°C時，反向漏電流ICQ將增加，且每升高10℃，ICQ的增加量將達到一倍。這種變化會導致晶體管放大器的工作點發(fā)生漂移，進而影響晶體管的電流放大系數(shù)和特性曲線，最終使得動態(tài)范圍縮小。

　　溫度與允許功耗之間存在著密切的聯(lián)系。隨著溫度的升高，允許功耗也會相應地發(fā)生變化。這種變化不僅會影響晶體管的工作狀態(tài)，還會進一步影響到電路的整體性能。溫度上升會導致晶體管的最大允許功耗降低。而電阻的熱噪聲會增加，阻值可能偏離其標稱值。然而，電阻的這一特性并非全然不利。例如，特別設計的PTC(正溫度系數(shù)熱敏電阻)和NTC(負溫度系數(shù)熱敏電阻)的阻值對溫度變化非常敏感，這使得它們可以當作傳感器使用。

　　> 濕度的影響

　　高濕度會導致電路板焊點腐蝕和漏電，引發(fā)漏電耦合的問題;另一方面，濕度過低則容易產(chǎn)生靜電，對元器件造成損害。因此，維持合理的環(huán)境濕度至關重要。

　　> 過高電壓的影響

　　過高電壓同樣是導致元器件失效的重要因素。為了確保元器件的正常工作，必須保證施加在它們上的電壓穩(wěn)定性。 過高電壓會加重元器件的熱損耗，甚至可能引發(fā)電擊穿。以電容器為例，其失效率與施加在電容兩端的電壓的5次冪成正比。而對于集成電路，超過其最大允許電壓的電壓將直接造成器件的損壞。

　　> 振動與沖擊的影響

　　振動和沖擊是導致元器件失效的重要因素。 振動與沖擊會加速元器件內(nèi)部缺陷發(fā)展的進程，可能導致焊點松動和接觸不良。機械振動會使內(nèi)部有缺陷的元件更快失效，造成嚴重故障。若振動使導線發(fā)生不應有的接觸，則可能產(chǎn)生意外的后果。

　　02電子元器件失效類型分析> 電阻器失效分析

　　電阻器、電位器的失效機理因類型而異。 電阻器失效包括開路、變質等。碳膜電阻器可能因引線斷裂、基體缺陷、膜層均勻性不佳等問題而失效。金屬膜電阻器則可能因電阻膜不均勻、破裂，引線不牢，電阻膜分解等復雜因素而受損。

　　對于非線形電阻器和電位器，常見的失效原因包括開路、阻值漂移、引線機械損傷及接觸損壞等。值得注意的是，電阻器容易發(fā)生變質和開路故障，其中變質往往表現(xiàn)為阻值增大。一旦電阻器出現(xiàn)變質或開路，通常建議直接更換新件，而不進行修復。

　　> 電容器失效分析

　　電容器在運行過程中可能遇到的問題包括擊穿、開路、電參數(shù)退化等。 電容器常見失效模式包括擊穿和開路。擊穿是電容器常見的失效模式之一，可能是由于介質中存在疵點、缺陷、雜質或導電離子。

　　開路則是另一種常見的失效模式。這通常是由于擊穿導致電極和引線絕緣，或者電解電容器陽極引出箔被腐蝕斷。

　　> 電感與變壓器失效分析

　　外部因素如負載短路、受潮等是導致電感和變壓器故障的主要原因。 被燒毀的電感和變壓器的故障現(xiàn)象及原因有多種。當變壓器接通電源后，若鐵心發(fā)出嗡嗡聲，可能原因是鐵心未夾緊或負載過重。若出現(xiàn)發(fā)熱、冒煙、有焦味或保險絲燒斷，則可能是線圈短路或負載過重所致。

　　失效機理類型與影響因素

　　??性能失效?：如?電阻膜燒毀或脫落導致開路，?電解電容器因電解液揮發(fā)耗盡致容量下降。????

　　??安全性失效?：如?熱失控引發(fā)爆炸，或?內(nèi)層空洞導致電場集中、局部過熱及短路燒毀。????

　　?關鍵影響因素?：

　　溫度：每升高10℃，?半導體漏電流倍增，電容壽命減半。??

　　電壓：過壓致?電擊穿，電容失效率與電壓5次冪正相關。??

　　?濕度：高濕腐蝕?焊點，低濕引發(fā)電靜電。??

　　機械應力：?振動致焊點松動或?結構裂紋。??

　　分析方法與預防

　　通過?X射線衍射、?電化學阻抗譜及?工業(yè)CT掃描定位缺陷，結合?材料全生命周期數(shù)據(jù)建模預測。預防需加強?來料管控(如?超聲掃描篩查空洞)、優(yōu)化設計(如選用?耐瞬時過電壓器件)，并建立?失效知識庫以改進工藝。??

　　失效分析在產(chǎn)品的可靠性質量保證和提高中發(fā)揮著重要作用，在產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、使用中都需要引入失效分析工作。金鑒實驗室提供電子元器件失效分析的檢測服務，金鑒實驗室擁有專業(yè)LED質量工程師團隊及高精度電子元器件檢測設備，具有精湛的技術與經(jīng)驗。經(jīng)過長時間的嚴格執(zhí)行，現(xiàn)已得到行業(yè)內(nèi)各廠家一致認可。

　　溫度對元件失效的影響

　　1.溫度對半導體器件失效的影響

　　環(huán)境溫度是導致元件失效的關鍵因素之一。半導體器件的核心結構是 P-N 結，其對溫度變化極為敏感。當 P-N 結處于反向偏置狀態(tài)時，由少數(shù)載流子形成的反向漏電流會隨著溫度變化而改變。

　　其中，ICQ 為溫度 T 時的反向漏電流，ICQR 為溫度 TR 時的反向漏電流，T?TR 為溫度變化的絕對值。

　　從該公式可以看出，溫度每升高 10℃，反向漏電流 ICQ 將增加一倍。這一變化會導致晶體管放大器的工作點發(fā)生漂移，晶體管的電流放大系數(shù)發(fā)生變化，特性曲線也隨之改變，動態(tài)范圍變小。

　　其中，PCM 為最大允許功耗，TjM 為最高允許結溫，T 為使用環(huán)境溫度，RT 為熱阻。從該公式可以看出，溫度升高會使晶體管的最大允許功耗下降。

　　此外，由于 P-N 結的正向壓降受溫度影響較大，以 P-N 結為基本單元構成的雙極型半導體邏輯元件(如 TTL、HTL 等集成電路的)電壓傳輸特性和抗干擾度也與溫度密切相關。

　　當溫度升高時，P-N 結的正向壓降減小，其開門和關門電平都會減小，這使得元件的低電平抗干擾電壓容限隨溫度升高而變小，高電平抗干擾電壓容限隨溫度升高而增大，從而導致輸出電平偏移、波形失真、穩(wěn)態(tài)失調(diào)，甚至可能出現(xiàn)熱擊穿現(xiàn)象。

　　2.溫度對電阻失效的影響

　　溫度變化對電阻的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面。首先，溫度升高時，電阻的熱噪聲會增加，導致阻值偏離標稱值。其次，電阻的允許耗散功率也會下降。例如，RXT 系列的碳膜電阻在溫度升高到 100℃時，其允許的耗散功率僅為標稱值的 20%。然而，電阻的這一特性也可以被利用。

　　例如，經(jīng)過特殊設計的 PTC(正溫度系數(shù)熱敏電阻)和 NTC(負溫度系數(shù)熱敏電阻)，它們的阻值受溫度影響較大。對于 PTC，當其溫度升高到某一閾值時，電阻值會急劇增大。

　　當因某種故障導致通過它的電流增加到其閾值電流后，PTC 的溫度急劇升高，電阻值隨之變大，從而限制通過它的電流，達到保護電路的目的。而當故障排除后，通過它的電流減小，PTC 的溫度恢復正常，電阻值也恢復到正常值。對于 NTC，其特點是電阻值隨溫度升高而減小。

　　3.溫度對電容失效的影響

　　溫度變化會對電容產(chǎn)生多方面的影響。首先，溫度升高會導致電容的介質損耗發(fā)生變化，從而影響其使用壽命。一般來說，溫度每升高 10℃，電容器的壽命會降低 50%。

　　其次，溫度變化還會引起阻容時間常數(shù)的變化。此外，如果溫度過高導致介質損耗過大，還可能出現(xiàn)熱擊穿的情況。同時，溫度升高也會使電感線圈、變壓器、扼流圈等的絕緣性能下降。

　　濕度對元件失效的影響

　　濕度過高會對元件產(chǎn)生不良影響。當含有酸堿性的灰塵落到電路板上時，會腐蝕元器件的焊點與接線處，導致焊點脫落、接頭斷裂。此外，濕度過高也是引起漏電耦合的主要原因之一。而濕度過低則容易產(chǎn)生靜電，對元件造成損害。

　　因此，環(huán)境的濕度應控制在合理的水平，以確保元件的正常工作和使用壽命。金鑒實驗室擁有先進的測試設備和專業(yè)團隊，能夠為客戶提供全面的MSL濕氣敏感性測試服務，確保元件在使用過程中的可靠性。

　　過高電壓對元件失效的影響

　　施加在元器件上的電壓穩(wěn)定性是保證元器件正常工作的重要條件。過高的電壓會對元器件造成嚴重損害。

　　首先，過高的電壓會增加元器件的熱損耗，甚至導致電擊穿。對于電容器而言，其失效率與電電壓容的 5 次冪成正比。對于集成電路而言，超過其最大允許電壓值的電壓將直接導致器件損壞。電壓擊穿是指電子器件都有能承受的最高耐壓值，超過該允許值，器件存在失效風險。

　　主動元件和被動元件失效的表現(xiàn)形式雖略有差別，但都有電壓允許上限。例如，晶體管元件都有耐壓值，超過耐壓值會對元件造成損傷。對于二極管、電容等元件，電壓超過其耐壓值會導致它們擊穿。如果能量很大，還會導致熱擊穿，使元件報廢。

　　振動與沖擊對元件失效的影響

　　機械振動與沖擊會對元件產(chǎn)生不良影響。首先，機械振動會使一些內(nèi)部有缺陷的元件加速失效，從而引發(fā)災難性故障。其次，機械振動還會導致焊點、壓線點松動，造成接觸不良。

　　此外，若振動導致導線不應有的碰連，會產(chǎn)生一些意想不到的后果。電氣過應力(Electrical Over Stress，EOS)是一種常見的損害電子器件的方式，也是元器件常見的損壞原因之一。其表現(xiàn)方式是過壓或者過流產(chǎn)生大量的熱能，使元器件內(nèi)部溫度過高從而損壞元器件(即大家常說的燒壞)。這種損害是由電氣系統(tǒng)中的脈沖導致的一種常見現(xiàn)象。