电子元器件的选用

第2章 电子元器件的选用
2.3 电子元器件的选用
在各种电子设备和电子电路中，元器件是组成电路的最小单元，合理的 选择和使用元器件将保证和提高电路的工作性能和可靠性。
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有关失效的基本概念
（1）失效：产品丧失规定的功能。 （2）失效机理：引起失效的物理、化学变化的内在原因。 （3）误用失效：不按规定条件使用的产品引起的失效。 （4）本质失效：由于产品本身固有弱点而引起的失效。 （5）完全失效：产品完全丧失规定功能的失效。 （6）部分失效：产品没有完全丧失规定的功能的失效。 （7）间隙失效：产品失效后，不经修复而在规定的时间 内能自行恢复功能的失效。
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3 阻容感元件失效模式和机理介绍
阻容感元件的失效模式主要有参数漂移、短路、壳体破碎、外观不合格等。 阻容感元件失效模式统计分布见图3。
图3 阻容感元件失效模式分布
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阻容感元件的主要失效机理有：
1） 过电应力（EOS）。 2） 机械应力和热变应力。 3） 腐蚀：金属与周围介质接触时发生化学或电化学作用而被破坏 叫做腐蚀，它会导致元器件的电性能恶化。 4） 银迁移：电子元器件在存储和使用中，由于存在湿气、水分， 导致其中相对活泼的金属银离子发生电化学迁移，从而出现短路、 开路及绝缘性能变坏等失效。
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2.2 电子元器件失效机理
电子元器件的失效主要是在产品的制造、试验、运输、存储和使 用等过程中发生的，与原材料、设计、制造、使用密切相关。
电子元器件的种类很多，相应的失效模式和机理也很多。 失效模式是指失效的外在直观表现形式和过程规律，通常指测试 或观察到的失效现象、失效形式，如开路、短路、参数漂移、功能 失效等。 失效机理是指失效的物理、化学变化过程，微观过程可以追溯到 原子、分子尺度和结构的变化，但与此相对的是它迟早也要表现出 的一系列宏观性能、性质变化，如疲劳、腐蚀和过应力等。
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5） 栅氧击穿：在MOS器件及其集成电路中，栅氧化层缺陷会导致栅 氧漏电，漏电增加到一定程度即构成击穿。 6） 与时间有关的介质击穿（TDDB）：施加的电场低于栅氧的本征击 穿强度，但经历一定的时间后仍发生击穿的现象。 7） 金铝键合失效：由于金-铝之间的化学势不同，经长期使用或200℃ 以上的高温存储后，会产生多种金属间化合物，如紫斑、白斑等。使 铝层变薄、粘附性下降、接触电阻增加，最后导致开路。 8） “ 爆米花效应 ”: 塑封元器件塑封材料内的水汽在高温下受热发 生膨胀，使塑封料与金属框架和芯片间发生分层效应，拉断键合丝， 从而发生开路失效。
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电子元器件的选用
电子元器件是构成系统或设备的最小单元，它的 可靠性直接影响系统的技术性能和可靠性，因此，合 理选用性能可靠的电子元器件是提高系统抗干扰能力 的有效途径。
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11 可靠性与失效
2 电子元器件失效机理 3 电子元器件的选用
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4 其他元件失效模式和机理介绍
除了以上常见的电子元器件以外，还有很多其它电子元 器件，如连接器、继电器、半导体激光器、传感器、霍尔 器件等。这些元器件失效主要是由于工艺过程控制不严， 在生产过程中产生了缺陷或引入污染源（水汽、沾污）等。 其主要失效模式主要表现为参数漂移和功能失效。
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2 分立器件失效模式和机理介绍
分立器件失效模式主要有短路、开路、参数漂移、壳体破碎等。分立器件 失效模式统计分布见图2。
图2 分立器件失效模式分布
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分立元件的主要失效机理有：
1）过电应力（EOS）。 2）机械应力和热变应力：元器件在生产、运输、安装和焊接等过 程中受到外来的机械和热应力的作用而失效。 3）二次击穿：器件被偏置在某一特殊的工作点时，电压突然跌落， 电流突然上升的物理现象。这时若无限流装置及其他保护措施，元 器件将被烧毁。 4）热击穿：功率器件芯片与底座粘接或烧结不良，会存在众多大 小不等的空洞，导致器件工作时产生的热量不能充分往外传导，形 成局部热点而发生击穿的现象。 5）栅氧击穿。 6）金铝键合失效。
1 集成电路失效模式和机理介绍
集成电路的主要失效模式有功能失效、参数漂移、短路、开路等。集成 电路失效模式统计分布见图1
图1 集成电路失效模式分布
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集成电路的主要失效机理有：
1） 过电应力（EOS）：是指元器件承受的电流、电压应力或功率 超过其允许的最大范围。 2） 静电损伤(ESD)：微电子器件在加工生产、组装、贮存以及运 输过程中，可能与带静电的容器、测试设备及操作人员相接触，所 带静电经过器件引脚放电到地，使器件受到损伤或失效 3） 闩锁效应（latch-up）：集成电路由于过电应力触发内部寄生 晶体管结构而呈现的一种低阻状态，这种低阻状态在触发条件去除 或终止后仍会存在。 4） 电迁移（EM）：当器件工作时，金属互连线内有一定的电流 通过，金属离子会沿导体产生质量的运输，其结果会使导体的某些 部位出现空洞。
2.1 可靠性与失效
可靠性：广义的可靠性是指产品在其整个寿命周期内 完成规定功能的能力，包括狭义的可靠性和维修性。 狭义的可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间 内，完成规定功能的能力。即：在规定的时间内完成 规定功能的可能性或概率，它包括以下4层含义：
பைடு நூலகம்
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1 产品的可靠性是与“规定的条件”分不开的。 2 产品的可靠性是与“规定的时间”密切相关的。 3 产品的可靠性是与“规定的功能”密切关系的。 4 产品的可靠性从数学观点就是表示一种概率。
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从现场失效和试验失效中去收集尽可能多的信息(包括失 效形态、失效表现现象及失效结果等)进行归纳和总结电子 元器件的失效模式，分析和验证失效机理，并针对失效模 式和失效机理采取有效措施，是不断提高电子元器件可靠 性水平的过程。
下面介绍电子元器件失效规律
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