常见的电子元器件失效机理与分析
电容器失效模式和失效机理
金属化纸介电容器在高湿环境中工作时,电容器正端引线根部会遭到严重腐蚀,这种电解性腐蚀导致引线机械强度降低,严重时可造成引线断裂失效.
(6)、铝电解电容器的失效机理
铝电解电容器正极是高纯铝,电介质是在金属表面形成的三氧化二铝膜,负极是黏稠状的电解液,工作时相当一个电解槽.铝电解电容器常见失效模式有:漏液、爆炸、开路、击穿、电参数恶化等,有关失效机理分析如下.
产生低电平失效的原因主要在于电容器引出线与电容器极板接触不良,接触电阻增大,造成电容器完全开路或电容量幅度下降.
精密聚苯乙烯薄膜电容器一般采用铝箔作为极板,铜引出线与铝箔极板点焊在一起.铝箔在空气中极易氧化;极板表面生成一层氧化铝半导体薄膜,在低电平条件下氧化膜层上的电压不足以把它击穿,因而铝箔间形成的间隙电容量的串联等效容量,间隙电容量愈小,串联等效容量也愈小.因此,低电平容量取决于极板表面氧化铝层的厚薄,氧化铝层愈厚,低电平条件下电容器的电容量愈小.此外,电容器在交流电路中工作时,其有效电容量会因接触电阻过大而下降,接触电阻很大时有效电容量可减小到开路的程度.即使极板一引线间不存在导电不良的间隔层,也会产生这种后果.
② 电解液沿引线渗漏,使引线遭受化学腐蚀;
③ 引线在电容器制造过程中受到机械损伤;
④ 引线的机械强度不够.
(6) 引起电容器绝缘子破裂的主要原因
① 机械损伤;
② 玻璃粉绝缘子烧结过程中残留热力过大;
③ 焊接温度过高或受热不均匀.
(7) 引起绝缘子表面飞弧的主要原因
① 绝缘了表面受潮,使表面绝缘电阻下降;
⑧ 在机械应力作用下电介质瞬时短路.
(2) 引起电容器开路的主要失效机理
① 引线部位发生“自愈“,使电极与引出线绝缘;
细叙各类电子元器件的失效模式与机理
细叙各类电子元器件的失效模式与机理
电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。
对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情，比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间，有时甚至炸机。
硬件工程师调试爆炸现场
所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。
下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。
电阻器失效模式与机理失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。
失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。
1、电阻器的主要失效模式与失效机理为1) 开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。
2) 阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。
3) 引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。
4) 短路：银的迁移，电晕放电。
2、失效模式占失效总比例表
(1)、线绕电阻
失效模式占失效总比例开路90%阻值漂移2%引线断裂7%其它1%
(2)、非线绕电阻
失效模式占失效总比例开路49%阻值漂移22%引线断裂17%其它7%
3、失效机理分析
电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。
(1)、导电材料的结构变化
薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。
按热力。
电磁继电器常见失效模式失效原因及失效机理分析
5.电磁继电器常见失效原因及失效机理分析
5.3工艺结构不当引起的失效
继电器内部具有动作部分其腔体体积小需要安装的零件较多由于本身结构及工艺上的缺陷而引起的失效时有发生总结起来有如下几个方面：
5.电磁继电器常见失效原因及失效机理分析
5.3工艺结构不当引起的失效
a.推动杆形状调整不当而使触点工作不到位 继电器内部的推动杆均采用手工调整且继电器内部通常有多组触点因此各个推动杆与簧片之间的间隙调整就显得很重要在失效分析过程中经常发现由于各个推动杆与簧片之间间隙不一致致使继电器中的某组触点在工作过程中动作后常开点无法闭合这主要是由于该组触点推动杆与簧片间隙较大在其余各组触点均吸合到位后该组触点无法到位或接触压力很小而失效
5.电磁继电器常见失效原因及失效机理分析
5.1继电器内部多余物
结合失效分析的实际案例从以下几方面对电磁继电器常见失效原因及失效机理进行介绍：
5.2触点表面沾污
5.3工艺结构不当
5.4触点烧蚀、粘连
5.5银离子迁移
5.6外部应力导致簧片位移
5.电磁继电器常见失效原因及失效机理分析
5.1继电器内部多余物引起的失效
3.继电器失效分析统计
2004、2005年各类元器件失效分析比例
到2008年时继电器在所有失效分析电子元器件中的比例已经超过单片集成电路19％ 居于失效元器件分析比例的第一位22％
3.继电器失效分析统计
2008年各类元器件失效分析比例
4.电磁继电器常见失效模式
电磁继电器常见失效模式可以归纳为如下几种：
5.电磁继电器常见失效原因及失效机理分析
e.线圈开路
漆包线断裂形貌
5.电磁继电器常见失效原因及失效机理分析
e.线圈开路
电子元器件的失效机理和失效模式分析
电子元器件的失效机理和失效模式分析摘要：电子元器件在运行过程中，经常由于失效与故障的发生影响到电子设备的正常运转。
元器件不仅是电子设备最为基础的组成结构，而且也是提高系统性能的主要载体。
一般来说，电子设备中的许多问题都是由电子元件的问题引起的。
为了确保电子设备可以正常工作，我们必须对常见设备中电子元器件的失效机理与常见故障情况有一个清晰的认知。
关键词：电子元器件；失效；机理；缺陷；故障1.电子元器件的失效机理一般来说，设计方案存在破绽，制作工艺不完善，使用方法不当，以及环境方面存在问题都会导致电子元器件出现故障。
我们将通过以下几个方面来分析探索电子元器件发生故障的缘由。
（一）电阻器的失效原理电阻作为电子设备的加热元件，是电子设备中使用时间最长的设备。
在电子设备的使用过程中，因电阻器故障造成电子设备发生故障的缘由占总数的15%。
电阻器的失效机理，对电子设备的结构和工艺特性有着决定性的意义。
当电阻出现问题后，人们通常不会将其修复，而是会思考：我们为什么不用一条新的电阻线代替呢？当电阻丝烧毁时，在某些情况下，烧毁的区域可以重新焊接，然后使用。
电阻劣化大多是由于其散热性差、湿度过大或制造存在漏洞等缘由引起的，而烧坏则是由于电路异常引起的，如短路、过载等缘由。
常见的电阻烧坏情形有两种：一种是电流过载和电阻高温引发的电阻烧坏，此时很轻易便可以发觉电阻表面出现损伤。
另一种则是瞬时高压加到电阻上引起的电阻开路或电阻值增大，一般情况下，此时电阻的表面变化不明显，这种故障电阻在高压电路中经常出现[1]。
电阻失效通常是因为致命故障和漂移参数故障。
结合电子设备的实际使用情况我们发现，由前者原因引发电阻器故障的占比可高达90%，包含了短路，机械损伤，接触损坏等等情形，而一般只有10%的电阻故障是由漂移参数故障引起的。
另外接触不良非常容易引起故障，而出现接触不良的情形主要是因为：（1）接触压力太大导致弹簧片松弛，接触点偏离轨道。
电子元器件失效机理
摘要：电子元器件被广泛的应用于人们的生产和生活的各种装置中，是社会进步发展必不可少，具有极为重要的作用。
然而各类电子元器件在使用过程中不可避免地会出现失效现象。
因此分析元器件失效原因和老化机理，并提出可行的老化方法就显得尤为重要。
关键字：老化机理，失效原因Abstract：Electronic components are widely used in people's production and life, is essential for social progress and development, an extremely important role. However, the use of various electronic components will inevitably occur during the failure phenomenon. Therefore, the aging analysis of the causes and mechanisms of component failure, and put forward feasible method of aging is particularly important.Keyword：Aging mechanisms，failure causes1引言电子元器件在各种电子产品中有广泛的应用。
电子产品都有一定的使用寿命，这与电子元器件的寿命密切相关。
电子元器件在使用的过程有可能出现故障，即失去了原有的功能，从而使电子产品失效。
电子产品的应用十分的广泛，是生产生活所不能缺少的重要部分。
因此研究电子元器件的失效原因和老化机理，并提出可行的老化方法就具有重要意义。
老化是一种方法，即给电子元器件施加环境应力试验。
若了解电子元器件的老化机理就能提出可靠的老化，就可以剔除产生出有缺陷将会早期失效的元器件，因而保证了出产产品的使用寿命。
电子元器件失效分析技术及经典案例 (1)
电子元器件失效分析技术及经典案例培训课程背景：电子产品在不断与失效作斗争中不断提高可靠性，失效分析是与产品失效作斗争的最有效的工具。
失效分析是故障归零的关键技术：产品故障归零技术上要求“定位准确，机理清楚，故障再现，措施有效，举一反三”，显然，失效分析实现“机理清楚”，只有在失效机理的指引下才能确定正确的“故障再现”的应力，只有在机理的指引下，才能确定引起故障的原因，对故障实施改进、控制才能做到“措施有效”。
课程概要及收益：“电子元器件失效分析技术与经典案例”分为两讲，第一讲和第二讲是“电子元器件失效分析技术”，这一讲中首先简单讲述电子产品（包括各种元器件、集成电路、组件等）失效分析的主要术语，失效分析的程序和方法。
重点通过具体的分析案例，剖析失效分析的程序和方法各个节点的分析要点和分析技巧。
通过学习让学员掌握怎样开展失效分析工作，采用什么分析仪器设备提取失效样品的失效证据，怎样研判失效证据与样品失效的关系，从而诊断失效样品的失效机理；掌握分析设备的应用技巧和失效分析中的关键问题。
第三讲是“失效分析经典案例”，通过典型的失效分析案例的剖析，加深失效分析程序和方法的掌握，通过典型的失效分析案例讲述各种元器件、各种失效机理的分析、诊断方法，并在失效分析的案例中培训学员怎样考虑问题、怎样采用合适的分析手段（分析仪器、设备）提取证据，怎样识别各种失效机理的表现特征，怎样对获得的各方面的信息、证据进行综合分析以达到对失效产品进行准确诊断的目的。
【主办单位】中国电子标准协会【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司课程对象：电子元器件、电路板或整机企业的设计工程师、质量工程师、工艺工程师、可靠性工程师、失效分析工程师；第一讲失效分析概论1.基本概念2.失效分析的定义和作用3.失效模式4.失效机理5.一些标准对失效分析的要求6.标准和资料第二讲失效分析技术和设备1. 失效分析基本程序a.基本方法与程序b.失效信息调查与方案设计c.非破坏性分析的基本路径d.半破坏性分析的基本路径e.破坏性分析的基本路径f.报告编制2. 非破坏性分析的基本路径a.外观检查b.电参数测试分析与模拟应力试验c.检漏与PINDd.X光与扫描声学分析3. 半破坏性分析的基本路径a.开封技术与可动微粒收集b.内部气氛检测(与前项有冲突)c.不加电的内部检查(光学.SEM与EDS.微区成分)d.加电的内部检查(微探针.红外热像.EMMI光发射.电压衬度像.束感生电流像.电子束探针).4. 破坏性分析的基本路径a.去除钝化层技术(湿法.干法)b.剖切面技术及分析(切片)5. 分析技术与分析设备清单第三讲失效分析典型案例1. 系统设计缺陷引起的失效2. CMOS IC 闩锁效应失效3. 静电损伤失效4. 过电损伤失效5. 热应力失效6. 机械应力损伤失效7. 电腐蚀失效8. 污染失效9. 热结构缺陷引起过热失效10.其他缺陷引起的失效11.寿命失效师资介绍:李老师我国电子产品失效分析领域权威专家.24年来一直从事电子产品可靠性技术研究工作,曾经主持参加众多军用电子元器件可靠性研究课题,多次获得各级科研成果奖项,先后参与《失效分析经典案例100例》和《电子元器件失效技术》的编写。
电子元器件失效分析
电子元器件失效分析一般的仪器都会一点点的误测率，但既然有五道测试，基本可以消退这种误测，否则就说明你的仪器实在太烂啦！然后就是自动选择机的问题，有没有误动作的可能性，最好找一个比较大的不良品样本，对机器进行测试。
假如上面两项都没有问题，那说明运输和贮存可能初相了问题，当然半导体器件受环境因素的影响是比较小的。
最终就有可能是客户和你们的仪器有肯定差距，从而造成这种状况。
当然还有一种状况，就是本身半导体器件质量有问题，漏电测试是反向加电压，可能就是在测试的过程中器件被击穿的。
目的对电子元器件的失效分析技术进行讨论并加以总结。
方法通过对电信器类、电阻器类等电子元器件的失效缘由、失效机理等故障现象进行分析。
结论电子元器件的质量与牢靠性保证体系一个重要组成部分是失效分析，对电子元器件进行失效分析，才能准时了解电子元器件的问题所在，才能为设备及系统的正常工作带来牢靠保障。
进入21世纪后，电子信息技术成为最重要的技术，电子元器件则是电子信息技术进展的前提。
为了促进电子信息技术的进一步进展，就要提高电子元器件的牢靠性，所以就必需了解电子元器件失效的机理、模式以及分析技术等。
1.失效的含义失效是指电子元器件消失的故障。
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，则标志其设备的简单程度就较高；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丢失。
2.失效的分类依据不同的标准，对失效的分类一般主要有以下几种归类法。
以失效缘由为标准：主要分为本质失效、误用失效、偶然失效、自然失效等。
以失效程度为标准：主要分为部分失效、完全失效。
以失效模式为标准：主要分为无功能、短路、开路等。
以失效后果的严峻程度为标准：主要分为轻度失效、严峻失效以及致命失效。
除上述外，还有多种分类标准，如以失效场合、失效外部表现为标准等，不在这里一一赘述。
3.失效的机理电子元器件失效的机理也有不同分类，通常以其导致缘由作为分类依据，主要可分为下面几种失效机理。
光电子元器件的失效模式和失效机理
光电子元器件的失效模式和失效机理朱炜容1.1 光电子器件的分类在光电子技术中，光电子元器件包括光源器件以及光探测器件。
其中光源器件主要有发光二极管和激光器。
光探测器件主要是光电二极管。
作为电气元件，光纤和光缆也是光电子技术中不可缺少的组成元件。
1.2 激光器的失效模式及失效机理随着工作时间的增加，半导体激光器的工作性能将会劣化，发射功率和效率下降，有时还会发生突然失效的灾变性损坏。
造成半导体激光器退化的原因除了其本身的因素外，还有使用温度、工作条件等环境因素。
一、暗线缺陷暗线缺陷是激光器工作时形成的缺陷网络，这些缺陷最终会导致发射功率的下降。
暗线缺陷的形成除了材料、工艺过程中会引入外，其形成过程与温度有很大的关系，它所引起的退化速率强烈地依赖于温度。
二、腔面损伤退化腔面的损伤退化一般有灾变性退化和化学腐蚀损伤退化。
在高功率密度激光的作用下，由于局部过热、氧化、腐蚀、介质膜的针孔和杂质等因素使腔面遭受损伤，从而使局部电流密度增加，局部大量发热，在热电正反馈的作用下，最终腔面局部熔融，导致灾难性的损伤，器件完全失效。
腔面的化学腐蚀是由于光化学作用使腔面表面发生氧化，并形成局部缺陷，导致腔面局部发热，使激光器性能退化甚至失效。
三、电极退化高功率半导体激光器的欧姆接触退化和热阻退化与其他电子器件的电极退化相似。
电极金属和半导体材料间存在互扩散，在烧结的部位，孔洞和晶须的生长现象是常见的退化模式。
另外，热应力导致的电极损伤也很常见。
由于电极远离器件的有源区，电极退化对器件特性的影响一般在老化或工作一定时间后再表现出来。
半导体激光器的工作性能对温度非常敏感，温度升高将加速暗线缺陷的生长，腔面氧化等失效机理，严重影响激光器的寿命。
激光器的转换效率不高，自身的功耗很大，因此降低热阻是提高激光器寿命和可靠性的主要方法之一。
芯片电极烧结质量的好坏不但影响了热阻的大小，而且还关系到电极的电阻，因为激光器在正常工作时，其一般工作电流为几十甚至上百安培，即使是很小的电极电阻，也将产生很大的热功耗，减小电极电阻可以减小激光器本身的热功耗。
失效模式
电子元器件主要失效模式和机理介绍本报编辑：韩双露时间: 2009-5-22 17:16:45 来源: 电子制造商情中国赛宝实验室分析中心陈媛摘要：电子元器件的种类繁多，相应的失效模式和机理也很多，本文归纳和总结电子元器件的失效模式、分析和验证电子元器件的失效机理。
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。
关键词：电子元器件、可靠性、失效模式、失效机理引言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失效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（外在的）性能、性质变化，如疲劳、腐蚀和过应力等。
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。
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。
电子元器件失效分析技术与案例
电子元器件失效分析技术与案例费庆学二站开始使用电子器件当时电子元器件的寿命20h.American from 1959 开始：1。
可靠性评价，预估产品寿命2。
可靠性增长。
不一定知道产品寿命，通过方法延长寿命。
通过恶裂环境的试验。
通过改进提高寿命。
―――后来叫a.可靠性物理—实效分析的实例 b.可靠数学第一部分：电子元器件失效分析技术（方法）1．失效分析的基本的概念和一般程序。
A 定义：对电子元器件的失效的原因的诊断过程b.目的：0000000c．失效模式――》失效结果――》失效的表现形式――》通过电测的形式取得d．失效机理：失效的物理化学根源――》失效的原因1）开路的可能失效机理日本的失效机理分类：变形变质外来异物很多的芯片都有保护电路，保护电路很多都是由二极管组成正反向都不通为内部断开。
漏电和短路的可能的失效机理接触面积越小，电流密度就大，就会发热，而烧毁例：人造卫星的发射，因工人误操作装螺丝时掉了一个渣于继电器局部缺陷导致电流易集中导入产生热击穿（si 和al 互熔成为合金合金熔点更低）塑封器件烘烤效果好当开封后特性变好，说明器件受潮或有杂质失效机理环境应力：温度温度过低易使焊锡脆化而导致焊点脱落。
，2．失效机理的内容I失效模式与环境应力的关系任何产品都有一定的应力。
a当应力>强度就会失效如过电/静电：外加电压超过产品本身的额定值会失效b应力与时间应力虽没有超过额定值，但持续累计的发生故：如何增强强度&减少应力能延长产品的寿命c.一切正常，正常的应力，在时间的累计下，终止寿命特性随时间存在变化e机械应力如主板受热变形对零件的应力认为用力塑封的抗振动好应力好陶瓷的差。
f重复应力如：冷热冲击是很好的零件筛选方法重复应力易导致产品老化，存在不可靠性故使用其器件：不要过载；温湿度要适当II如何做失效分析例：一个EPROM在使用后不能读写1)先不要相信委托人的话，一定要复判。
2)快始失效分析：取NG&OK品，DataSheet，查找电源断地开始测试首先做待机电流测试（IV测试）电源对地的待机电流下降开封发现电源端线中间断（因为中间散热慢，两端散热快，有端子帮助散热）因为断开，相当于并联电阻少了一个电阻，电流减小。
电感零件常见失效模式及分析手法
（1）不良品外观检查确认(非破坏)
（2）不良品/良品电气特性比对确认(非破坏)
经过电气测试确认：2pcs 不良品电感值都小于规格要求的 33uH±20% 的范围，DCR 明显小于规格值 0.35(Ω)max.基本判断不良品为短路失 效。
3.不良品进一步 Wire 拆解分析(破坏)
4. Core 验证分析(破坏) Core 外观检查 OK,不良品与库存新品拆解进行对比分析将拆解后的库 存新品的 Wire 绕制上在不良品的 Core 上，感值恢复为 29.8uH；将拆 解后的不良品的 Wire 绕制上在库存新品的 Core 上，感值为 17.1uH， 同样出现感值偏低现象。因此初步排除 Core 不良的原因，不良的问题 点是出现在 Wire 方面。4
电子零件失效分析之电感
对于电子品质工程师来说电子元器件失效是非常麻烦的事情，比如 某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者完全失效会在硬件 电路调试上面花费大把的时间，有时甚至炸机。所以掌握各类电子元器 件的实效机理与特性是工程师必不可少的知识。
电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁 通，导线的磁通量与产生此磁通量的电流成之比。
1 .芯片电感机械/外力异常分析---本体 Crack 裂痕或破损：
电气异常分析---内电极熔化 Crack 裂痕开路：
总结:
1.熟知零件的组成结构，材料，制程和特性 2.FA 一般流程
例如：不良率，异常现象，零件 DateCode, 发生不良的流程，PCB 上发生异常的位置，终端产品及客户等
磨损/异物附着、产品底部平整度不佳/底部料片偏移等，对此改善和应 对的措施为原材料厂商提供电镀报告，可焊性测试验证。
电子元器件失效分析技术经典案例1
失效发生期与失效机理的关系
• 早期失效：设计失误、工艺缺陷、材料 缺陷、筛选不充分
• 随机失效：静电损伤、过电损伤 • 磨损失效：元器件老化 • 随机失效有突发性和明显性 • 早期失效、磨损失效有时间性和隐蔽性
失效分析的一般程序
• 收集失效现场数据 • 电测并确定失效模式 • 非破坏检查 • 打开封装 • 镜检 • 通电并进行失效定位 • 对失效部位进行物理化学分析，确定失效机
理 • 综合分析，确定失效原因，提出纠正措施
收集失效现场数据
• 作用：根据失效现场数据估计失效原因 和失效责任方 根据失效环境：潮湿、辐射 根据失效应力：过电、静电、高温、低 温、高低温 根据失效发生期:早期、随机、磨损
• 应力－时间模型（反应论模型） 失效原因：应力的时间累积效应，特性变化超 差。如金属电迁移、腐蚀、热疲劳
温度应力－时间模型
dM
E
Ae kT
dt
M温度敏感参数, E激活能, k 玻耳兹曼常量, T绝对温度, t时间, A常数
T大, 反应速率dM/dt 大，寿命短
E大，反应速率dM/dt 小，寿命长
电路设计、改进电路板制造工艺、提高测试技 术、设计保护电路的依据 • 整机用户：获得改进操作环境和操作规程的依 据 • 提高产品成品率和可靠性，树立企业形象，提 高产品竞争力
失效分析技术的延伸
• 进货分析的作用：选择优质的供货渠道， 防止假冒伪劣元器件进入整机生产线
• 良品分析的作用：学习先进技术的捷径
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电子元器件的失效机理和常见故障分析
电容器常见的失效模式主要有： 击穿、开路、参 数退化、电解液泄漏及机械损伤等。导致这些失效 的主要原因有以下 3 个方面。
1） 击穿。介质中存在疵点、缺陷、杂质或导电 离子； 介质材料的老化； 电介质的电化学击穿； 在高 湿度或低气压环境下极间边缘飞弧； 在机械应力作 用下电介质瞬时短路； 金属离子迁移形成导电沟道 或边缘飞弧放电； 介质材料内部气隙击穿或介质电 击穿； 介质在制造过程中机械损伤； 介质材料分子 结构的改变以及外加电压高于额定值等。
6） 使用问题引起的损坏，指静电损伤、电浪涌 损伤、机械损伤、过高温度引起的破坏、干扰信号引 起的故障、焊剂腐蚀管脚等。
1 电阻器类
电阻器类元件包括电阻元件和可变电阻元件， 固定电阻 通 常 称 为 电 阻，可 变 电 阻 通 常 称 为 电 位 器。电阻器类元件在电子设备中使用的数量很大， 并且是一种发热消耗功率的元件，由电阻器失效导 致电子设备故障的比率比较高，据统计约占 15% 。 电阻器的 失 效 模 式 和 原 因 与 产 品 的 结 构、工 艺 特 点、使用条件等有密切关系。电阻器失效可分为两 大类，即致命失效和参数漂移失效。现场使用统计
如第二、三、四次碰时表针均不动，则说明电容器是 好的。如果第一次相碰时表针就摆到终点，则说明 电容器已经被击穿。另外，对于容量为 1 ～ 20 μF 的电容器，有的数字万用表可以测量。
3） 容量为 1 μF 以下的电容器检查。可以使用数 字万用表的电容测量挡较为准确地测得电容器的实 际数值。若没有带电容测量功能的数字万用表，只能 用欧姆挡检查它是否击穿短路。用好的相同容量的 电容器与被怀疑的电容器并联，检查它是否开路。
0引言
电子设备中绝大部分故障都是由于电子元器 件故障引起的。如果熟悉了元器件的故障类型，只 要通过简单的电阻、电压测量即可找出故障［1］。
电子器件高温失效机理分析与探究
电子器件高温失效机理分析与探究电子器件是现代工业和生活中必不可少的元器件，随着科技的不断发展，要求电子器件能够在更高的温度下正常、稳定地工作。
然而，高温环境下电子器件的失效现象却十分常见，因此研究电子器件高温失效机理显得尤为重要，本文将从材料、结构和工作条件等方面进行分析和探究。
一、材料对高温失效的影响材料的选取对电子器件的高温稳定性有着直接的影响。
在高温环境下，材料的力学性能、热学性能以及化学性质等都会发生不同程度的变化，导致电子器件内部的物理结构和化学结构发生改变，从而影响其正常工作。
1. 金属材料金属材料在高温环境下容易发生氧化反应，这会导致引线脆性增加甚至引起引线断裂。
此外，在高温下，金属的导电性和导热性会发生变化，导致电子器件内部的温度分布不均匀，进一步加剧了器件的失效。
2. 半导体材料半导体材料在高温条件下容易发生击穿、漏电等现象，从而导致器件失效。
此外，半导体材料的电子迁移率随着温度的升高而降低，导致器件内部的电学性能下降。
3. 塑料材料常规的塑料材料在高温条件下会发生热老化现象，导致材料本身的性能下降，从而影响器件的稳定性和可靠性。
二、结构对高温失效的影响电子器件的结构也是影响其高温稳定性的关键因素。
不同的结构对高温环境的适应性和稳定性不同，因此结构设计需要考虑材料、工艺和环境等多方面因素。
1. 导线的连接方式导线的连接方式对于器件的高温特性有着直接的影响。
在高温环境下，焊点、印制线路板等部件的热膨胀系数会与导线不同，导致连接处出现应力，从而导致焊点疲劳、引线脆性增加或者导线脱落等失效现象。
2. 封装结构封装结构的设计直接影响电子器件的散热性能、防护性能和可靠性。
在高温环境下，不合理的封装结构会导致器件内部温度过高，进而影响器件的正常工作。
3. 散热结构散热结构对于电子器件的高温特性具有重要影响。
合理的散热结构能够保证器件在高温环境下的热稳定性和可靠性。
三、工作条件对高温失效的影响除了材料和结构因素之外，电子器件的工作条件也是影响器件高温特性的重要因素。
航空电子元器件失效模式及其机理探讨
航空电子元器件失效模式及其机理探讨本文对航空电子元器件的失效模式及失效机理进行了研究，并给出其敏感环境，对于电子产品的设计提供一定的参考。
1 典型元器件失效模式为获取电子元器件的敏感环境，对其环境相关典型故障模式进行分析，如表1所示。
表1 电子元器件典型故障模式2 典型元器件失效机理分析电子元器件的故障模式并不单一，仅对有代表性的部分典型元器件敏感环境的耐受极限进行分析，以得到较为通适的结论。
2.1 机电元件典型机电元件包括电连接器、继电器等。
分别结合两类元器件的结构对其失效模式进行深入分析。
1）电连接器电连接器由壳体、绝缘体和接触体三大基本单元组成,其失效模式概括起来有接触失效、绝缘失效和机械联接失效三种失效形式。
电连接器的主要失效形式为接触失效，其失效表现为：接触对瞬断和接触电阻增大。
对于电连接器来说，由于接触电阻及材料导体电阻的存在，当有电流流过电连接器时，接触电阻和金属材料导体电阻将会产生焦耳热，焦耳热升高会使得热量增加，导致接触点的温度升高，过高的接触点温度会使得接触表面的金属软化、融化甚至沸腾，同时也会增大接触电阻，从而引发接触失效。
在高温环境的作用下，接触件还会出现蠕变现象，使得接触件之间的接触压力不断减小。
当接触压力减小到一定程度后，接触电阻会急剧增大，最后造成电接触不良，引发接触失效。
另一方面，电连接器在贮存、运输和工作时，会受到各种振动载荷和冲击力的作用，当外界振动载荷的激励频率和电连接器固有频率接近时，会使得电连接器产生共振现象，造成接触件的间隙变大，间隙增大到一定程度，接触压力会瞬时消失，从而导致电接触的“瞬断”。
在振动、冲击载荷作用下，电连接器内部会产生应力，当应力超过材料的屈服强度时，会使得材料产生破坏和断裂；在这种长期应力的作用下，材料也会发生疲劳损伤，最后引发失效。
2）继电器电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点、簧片等组成的。
只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，进而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。
《电子元器件失效分析》
《电子元器件失效分析》1.失效分析的目的和意义电子元件失效分折的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象.分辨其失效模式和失效机理.确定其最终的失效原因，提出改进设计和制造工艺的建议。
防止失效的重复出现，提高元器件可靠性。
失效分折是产品可靠性工程的一个重要组成部分，失效分析广泛应用于确定研制生产过程中产生问题的原因，鉴别测试过程中与可靠性相关的失效，确认使用过程中的现场失效机理。
在电子元器件的研制阶段。
失效分折可纠正设计和研制中的错误，缩短研制周期；在电子器件的生产，测试和试用阶段，失效分析可找出电子元器件的失效原因和引起电子元件失效的责任方。
根据失效分析结果。
元器件生产厂改进器件的设计和生产工艺。
元器件使用方改进电路板设汁。
改进元器件和整机的测试，试验条件及程序，甚至以此更换不合格的元器件供货商。
因而，失效分析对加快电子元器件的研制速度.提高器件和整机的成品率和可靠性有重要意义。
失效分折对元器件的生产和使用都有重要的意义.如图所列。
元器件的失效可能发生在其生命周期的各个阶段.发生在产品研制阶段，生产阶段到使用阶段的各个环节，通过分析工艺废次品，早期失效，实验失效及现场失效的失效产品明确失效模式、分折失效机理，最终找出失效原因，因此元器件的使用方在元器件的选择、整机计划等方面，元器件生产方在产品的可靠性方案设计过程，都必须参考失效分折的结果。
通过失效分折，可鉴别失效模式，弄清失效机理，提出改进措施，并反馈到使用、生产中，将提高元器件和设备的可靠性。
2.失效分析的基本内容对电子元器件失效机理，原因的诊断过程叫失效分析。
进行失效分析往往需要进行电测量并采用先进的物理、冶金及化学的分析手段。
失效分析的任务是确定失效模式和失效机理.提出纠正措施，防止这种失效模式和失效机理的重复出现。
因此，失效分析的主要内容包括：明确分析对象。
确定失效模式，判断失效原因，研究失效机理，提出预防措施（包括设计改进）。
元器件失效分析报告
元器件失效分析报告一、引言在电子设备的设计、制造和使用过程中，元器件的失效是一个不可避免的问题。
元器件失效可能导致设备性能下降、功能丧失甚至整个系统的故障，给企业带来巨大的经济损失和声誉影响。
因此，对元器件进行失效分析，找出失效的原因和机理，采取有效的预防措施，对于提高产品质量和可靠性具有重要意义。
本报告旨在对某批次元器件的失效情况进行详细的分析和研究，通过一系列的测试和分析方法，揭示失效的原因和影响因素，为后续的改进和优化提供依据。
二、失效背景本次分析的元器件为具体元器件名称，应用于具体产品名称中。
在产品的生产和使用过程中，发现部分元器件出现了失效现象，导致产品出现故障。
为了查找失效原因，对失效的元器件进行了抽样和分析。
三、失效样品描述共抽取了具体数量个失效的元器件作为分析样品。
这些样品的外观表现为描述外观特征，如烧焦、变形、破裂等。
对样品进行编号，并记录其批次、生产日期等信息。
四、测试与分析方法1、外观检查使用放大镜和显微镜对失效元器件的外观进行仔细观察，检查是否存在物理损伤、腐蚀、变色等现象。
2、电性能测试使用专业的测试仪器，如示波器、万用表等，对元器件的电性能参数进行测试，包括电阻、电容、电感、电压、电流等，与正常元器件的参数进行对比。
3、内部结构分析采用 X 射线透视、扫描电子显微镜（SEM）等手段，对元器件的内部结构进行观察和分析，检查是否存在开路、短路、虚焊、缺陷等问题。
4、材料分析通过能谱分析（EDS）、红外光谱分析（IR）等方法，对元器件的材料成分进行分析，确定是否存在材料质量问题。
5、热分析使用热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）等技术，对元器件的热稳定性进行分析，判断是否因过热导致失效。
五、测试与分析结果1、外观检查结果大部分失效元器件表面存在烧焦痕迹，引脚有明显的氧化和腐蚀现象。
2、电性能测试结果电性能测试显示，部分元器件的电阻值明显增大，电容值减小，电感值不稳定，电压和电流超出正常范围。
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常见的电子元器件失效机理与分析电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。
对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情，比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间，有时甚至炸机。
硬件工程师调试爆炸现场所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。
下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。
电阻器失效失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。
失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。
电阻器的失效模式与机理▶开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。
▶阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。
▶引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。
▶短路：银的迁移，电晕放电。
失效模式占失效总比例表▶线绕电阻：▶非线绕电阻：失效模式机理分析电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。
▶导电材料的结构变化：薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。
按热力学观点，无定型结构均有结晶化趋势。
在工作条件或环境条件下，导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化，也即导电材料内部结构趋于致密化，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过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生畸变，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。
一般可采用热处理方法消除内应力，残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除，电阻器的阻值则可能因此发生变化。
结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓，但不可能在电阻器使用期间终止。
可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。
与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。
电负荷高温老化：任何情况，电负荷均会加速电阻器老化进程，并且电负荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著，原因是电阻体与引线帽接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。
通常温度每升高10℃，寿命缩短一半。
如果过负荷使电阻器温升超过额定负荷时温升50℃，则电阻器的寿命仅为正常情况下寿命的1/32。
可通过不到四个月的加速寿命试验，即可考核电阻器在10年期间的工作稳定性。
直流负荷—电解作用：直流负荷作用下，电解作用导致电阻器老化。
电解发生在刻槽电阻器槽内，电阻基体所含的碱金属离子在槽间电场中位移，产生离子电流。
湿气存在时，电解过程更为剧烈。
如果电阻膜是碳膜或金属膜，则主要是电解氧化；如果电阻膜是金属氧化膜，则主要是电解还原。
对于高阻薄膜电阻器，电解作用的后果可使阻值增大，沿槽螺旋的一侧可能出现薄膜破坏现象。
在潮热环境下进行直流负荷试验，可全面考核电阻器基体材料与膜层的抗氧化或抗还原性能，以及保护层的防潮性能。
样品的典型外貌面电极有断裂空涧面电解银层不连续带状空隙▶硫化：有一批现场仪表在某化工厂使用一年后，仪表纷纷出现故障。
经分析发现仪表中使用的厚膜贴片电阻阻值变大了，甚至变成开路了。
把失效的电阻放到显微镜下观察，可以发现电阻电极边缘出现了黑色结晶物质，进一步分析成分发现，黑色物质是硫化银晶体。
原来电阻被来自空气中的硫给腐蚀了。
▶气体吸附与解吸：膜式电阻器的电阻膜在晶粒边界上，或导电颗粒和黏结剂部分，总可能吸附非常少量的气体，它们构成了晶粒之间的中间层，阻碍了导电颗粒之间的接触，从而明显影响阻值。
合成膜电阻器是在常压下制成，在真空或低气压工作时，将解吸部分附气体，改善了导电颗粒之间的接触，使阻值下降。
同样，在真空中制成的热分解碳膜电阻器直接在正常环境条件下工作时，将因气压升高而吸附部分气体，使阻值增大。
如果将未刻的半成品预置在常压下适当时间，则会提高电阻器成品的阻值稳定性。
温度和气压是影响气体吸附与解吸的主要环境因素。
对于物理吸附，降温可增加平衡吸附量，升温则反之。
由于气体吸附与解吸发生在电阻体的表面。
所以对膜式电阻器的影响较为显著。
阻值变化可达1%~2%。
▶氧化：氧化是长期起作用的因素（与吸附不同），氧化过程是由电阻体表面开始，逐步向内部深入。
除了贵金属与合金薄膜电阻外，其他材料的电阻体均会受到空气中氧的影响。
氧化的结果是阻值增大。
电阻膜层愈薄，氧化影响就更明显。
防止氧化的根本措施是密封（金属、陶瓷、玻璃等无机材料）。
采用有机材料（塑料、树脂等）涂覆或灌封，不能完全防止保护层透湿或透气，虽能起到延缓氧化或吸附气体的作用，但也会带来与有机保护层有关的些新的老化因素。
▶有机保护层的影响：有机保护层形成过程中，放出缩聚作用的挥发物或溶剂蒸气。
热处理过程使部分挥发物扩散到电阻体中，引起阻值上升。
此过程虽可持续1~2年，但显著影响阻值的时间约为2~8个月，为了保证成品的阻值稳定性，把产品在库房中搁置一段时间再出厂是比较适宜的。
▶机械损伤：电阻的可靠很大程度上取决于电阻器的机械性能。
电阻体、引线帽和引出线等均应具有足够的机械强度，基体缺陷、引线帽损坏或引线断裂均可导致电阻器失效。
电解电容失效耗尽失效▶第一种解释通常电解电容器寿命的终了评判依据是电容量下降到额定（初始值）的80%以下。
由于早期铝电解电容器的电解液充盈，铝电解电容器的电容量在工作早期缓慢下降。
随着负荷过程中工作电解液不断修补倍杂质损伤的阳极氧化膜所致电解液逐渐减少。
到使用后期，由于电解液挥发而减少，粘稠度增大的电解液就难于充分接触经腐蚀处理的粗糙的铝箔表面上的氧化膜层，这样就使铝电解电容器的极板有效面积减小，即阳极、阴极铝箔容量减少，引起电容量急剧下降。
因此，可以认为铝电解电容器的容量降低是由于电解液挥发造成。
而造成电解液的挥发的最主要的原因就是高温环境或发热。
▶第二种解释由于应用条件使铝电解电容器发热的原因是铝电解电容器在工作在整流滤波（包括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产生损耗并转变成热使其发热。
当铝电解电容器电解液蒸发较多、溶液变稠时，电阻率因粘稠度增大而上升，使工作电解质的等效串联电阻增大，导致电容器损耗明显上升，损耗角增大。
例如对于105度工作温度的电解电容器，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增加近十倍。
.增大的等效串联电阻会产生更大热量，造成电解液的更大挥发。
如此循环往复，铝电解电容器容量急剧下降，甚至会造成爆炸。
▶第三种解释漏电流增加往往导致铝电解电容器失效。
应用电压过高和温度过高都会引起漏电流的增加。
压力释放装置动作为了防止铝电解电容器中电解液由于内部高温沸腾的气体或电化学过程而产生的气体而引起内部高气压造成铝电解电容器的爆炸。
为了消除铝电解电容器的爆炸，直径8毫米以上的铝电解电容器均设置了压力释放装置，这些压力释放装置在铝电解电容器内部的气压达到尚未使铝电解电容器爆炸的危险压力前动作，泄放出气体。
随着铝电解电容器的压力释放装置的动作，铝电解电容器即宣告失效。
铝电解电容器压力释放装置(中间的十字)▶电化学过程导致压力释放装置动作铝电解电容器的漏电流就是电化学过程，前面已经详尽论述，不再赘述。
电化学过程将产生气体，这些气体的聚积将造成铝电解电容器的内部气压上升，最终达到压力释放装置动作泄压。
▶温度过高导致压力释放装置动作铝电解电容器温度过高可能是环境温度过高，如铝电解电容器附近有发热元件或整个电子装置就出在高温环境；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根本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中产生过度的损耗而产生过度的发热使电解液沸腾产生大量气体使铝电解电容器内部压力及急剧升高时压力释放装置动作。
瞬时超温通常铝电解电容器的芯包核心温度每降低10℃，其寿命将增大到原来的一倍。
这个核心大致位于电容器的中心，是电容器内部最热的点。
可是，当电容器升温接近其最大允许温度时，对于大多数型号电容器在125℃时，其电解液要受到电容器芯包的排挤（driven），导致电容器的ESR增大到原来的10倍。
在这种作用下，瞬间超温或过电流可以使ESR永久性的增大，从而造成电容器失效。
在高温和大纹波电流的应用中特别要警惕瞬时超温发生的可能，还要额外注意铝电解电容器的冷却。
瞬时过电压的产生▶上电冲击上电过程中，由于滤波电感释放储能到滤波电容器中，导致滤波电容器的过瞬时过电压。
上电过电压示意图▶电容过电压失效的防范电容器在过压状态下容易被击穿，而实际应用中的瞬时高电压是经常出现的。
选择承受瞬时过电压性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。
电解液干涸导致失效电解液干涸的原因：电解液自然挥发、电解液的消耗、电解液自然挥发。
▶电解液的挥发速度随温度的升高电解液的挥发速度与电容器的密封质量有关，无论在高温还是在低温条件下都要有良好的密封性▶电解液的消耗漏电流所引起的电化学效应消耗电解液，铝电解电容器的寿命随漏电流增加而减少。
漏电流随温度的升高而增加：25℃时漏电流仅仅是85℃时漏电流的不到十分之一漏电流随施加电压升高而增加：耐压为400V的铝电解电容器在额定电压下的漏电流大约是90%额定电压下的漏电流的5倍。
电解液干涸影响铝电解电容器寿命▶温度根据铝电解电容器的电解液的不同，铝电解电容器的最高工作温度可分为：●一般用途，85℃●一般高温用途，105℃●特殊高温用途，125℃●汽车发动机舱，140~150℃温度每升高10℃，寿命小时数减半。
▶额定寿命小时数按寿命小时数铝电解电容器可以分为：●一般用途（常温，3年以内），1000小时●一般用途（常温，希望比较长的时间），2000小时以上●工业级，更长的寿命小时数▶电解液电解液的多与寡决定铝电解电容器的寿命。
▶应用条件高温缩短铝电解电容器寿命；高纹波电流缩短铝电解电容器寿命；工作电压过高缩短铝电解电容器寿命。
其他影响铝电解电容器寿命的参数▶工作电压与漏电流的关系工作电压与漏电流的关系某公司生产的450V/4700μF/85℃铝电解电容器的漏电流与施加电压的关系如下：▶温度与漏电流的关系某公司生产的450V/4700μF/85℃铝电解电容器的漏电流与环境温度的关系如下：▶温度、电压、纹波电流共同作用对寿命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命不同，表格如下：某电子镇流器用铝电解电容器降额寿命特性，如下图：某电子镇流器用铝电解电容器的过电压寿命特性，如下图：铝电解电容器的寿命与温度、纹波电流的关系，如下图：电感失效分析电感器失效模式：电感量和其他性能的超差、开路、短路。