电气的失效分析

电气的失效分析

8.1 概述

失效分析就是对失效的产品进行深入的物理化学分析，并对产品的使用状况进行分析，找出失效的原因，为改进产品的设计，制造乃至使用提出依据，产品的可靠性级别每提高一级，都需要把设计和工艺提高一大步。其中尤其重要的是对产品失效原因进行准确分析。

一失效分析的发展概况

国外从60年代以来，随着电子设备及元器件可靠性工作的广泛，深入的开展失效分析的地位和作用日益突出。

我国从60年代末期起，在晶体管器件领域开展了较系统的失效分析工作，七十年代以来逐步扩大到其他元器件，80年代以来这方面的工作进一步深化。从80年代起，我国还开展了对低压电器，尤其是对弱电系统中用的继电器的失效机理的研究工作，

二失效分析的特点

（一）电器的结构原理及制造特点

1) 结构上有电磁，机械以及电接触等不同功能的结构部分组成。

2）所用材料的品种多。

3）生产流程长。

4）零件加工要求精密。

5) 受环境影响大。

6）装配，校正大多采用手工操作，人为因素的影响较大。

（二）电器失效分析中的困难性

由于电器的上述特点，使失效分析出现困难的原因如下：

1）产品失效的原因多而复杂。

2）寿命实验中存在偶然因素。

3）触头表面分析的取样存在很大困难。

4）使用的分析设备多。

（一）电器失效分析的特点

1）涉及的工作面宽。

2）要求的知识面广。

3）应熟悉可靠性试验。

4）应熟悉关键分析设备的使用方法及其对样品的要求，并要求合理的使用贵重设备，提高经济效益，

5）可靠性试验人员应与失效分析人员相结合。

8.2电器失效分析的程序

一失效分析程序的确定原则

（一）根据分析的对象决定分析的侧重点

1）生产过程中的失效，重点应查找加工工艺过程中引起失效的原因，并应以失效现象为基础，针对工艺过程对产品性能影响的物理，化学机理来安排工作的内容和顺序。

2）对于产品研究性阶段的失效，主要应该根据设计要素的影响来安排分析程序。

3）对于现场失效产品的分析，出考虑产品设计机器制造工艺外，还要考虑使用条件的版画以及误用的可能性安排分析程序。

（二）失效的模式

电器的主要失效模式为：

1）物理结构失效。

2）性能特性失效。

3）接触失效。

二一般的分析程序

虽然根据不同的分析对象及不同的失效模式有着不同的分析的程序，但就以般情况而言，典型的分析程序如下：

（一）失效信息的收集

1）对分析对象（个别地失效样品或众多样品中的共同失效现象）进行失效的原始现象的调查。

2）辨别样品型号，生产厂家，出场日期，以便向制造厂进行信息反馈。

（二）鉴别失效模式

（三）样品检查

（四）描述失效特征

（五）假设失效机理并作进一步分析

（六）纠正措施

8.3电器失效分析的方法和技术

根据电器的特点及其主要失效模式，其失效分析方法可分为非破坏性物理结构分析，特性参数分析，表面分析等。

一非破坏性物理结构分析

（一）分析的范围

1．物理结构参数

（1）间隙与间隔

（2）各种力

（3）镀层及表面状况

2．气密性

3．异常粒子

（二）分析方法及手段

关于结构尺寸及力的测量，在有关电器产品的实验方法标准中对各参数的测试方法，所用量器具的精度均作了明确的规定。

X射线透视可以用于监测密封电器内的杂散粒子，对于尺寸较小的粒子，一般采用PIND法检测。

二特性参数分析

（一）分析的范围

1．静态参数：电器处于稳定的工作状态下测出的电器参数。

2．动态参数：电器在激励及去激励过程中的特性参数。

（二）测试及分析仪器设备

采用常规的及电器产品专用的测试一起可以测出以上参数。

三触头表面分析

（一）表面分析的重要性

电器产品的触头是完成切换功能的关键部件，是决定电器使用寿命的主要因素，除触头设计要素（结构形状，触头压力，开距）起着重要的作用外，触头材料，触头表面，触头表面的形态也起着相当重要的作用，

表面分析的现代化先进技术和设备可以提供校准确，详细的触头表面参数数据，对材料成分进行分析的特殊表面分析设备，所提供的触头表面参数数据尤为准确，详细。

（二）触头表面分析的内容

1．粗糙度的测试。

2．粒子探索。

3．表面形貌，硬度，触头镀层厚度。

4．表面成分分析。

（三）主要分析设备

1．一般测试仪器设备

（1）轮廓仪

（2）金相显微镜

（3）扫描电镜

（4）β射线镀层测厚仪

2．特殊的表面分析设备

除上述一般测试仪器设备外，特殊的表面分析设备以用于触头表面形貌，化学成分，其中常用的的有带电子探针的扫描电镜，俄歇电子能谱仪，离子探针等。

8.4继电器的失效模式及失效机理

一继电器的失效模式

继电器的四种典型失效模式如下：

（一）结构失效

1）零件断裂

2）漏气

3）错位

（二）特性及动作失效

（三）接触失效

1）开路电压过低

2）接触压降过高

（四）误用失效

结构失效可能引起致命故障（继电器卡死或触头接触不良），也可能使电器参数（如绝缘）变坏，特性及动作失效会影响寿命可靠性，乃至形成致命故障使电接触失效。触点失效是导致电接触失效的最直接的原因，误用失效除引起结构失效外，多半是导致电接触失效。

二继电器的失效机理

（一）结构失效

（二）特性及动作失效

特性失效是指特性参数偏离正常值而对电路产生影响。动作失效是指产品不能可靠动作发生卡死或动作不灵活造成致命故障。

1．特性参数值偏离正常值

（1）吸合电压（电流）增大

（2）释放电压（电流）减小

（3）接触电阻增大及接触电阻不稳定

（4）触点回跳时间增长

（5）绝缘电阻减小

2．触点严重电磨损在时间参数上的反映。

3．机械环境条件作用下的触点抖动。

4．卡死，不动作。

（三）接触失效

接触失效是继电器各种失效模式的最终反应，结构，特性，触点及误用的失效最终都会影响到继电器的接触性能，其中触点的失效是直接导致接触失效的最主要原因。

1．开路电压过低造成触点开路电压过低的原因如下：

（1）触点熔焊，衔铁拒动，衔铁或触点动作机构卡住，断裂等。

（2）动，静触头之间有金属桥或被污染物粘连。