元件失效分析

元器件的失效分析

李碧忠

在我们维修主板过程中，常会遇见一个小小的元器件，如一个电阻，一个电容，一个三极管，二极管或一个集成电路器件都可能造成计算机失效无法正常工作。可见一个小小的元器件失效会带来严重的后果。虽然写这篇内容对维修方面没很大关系，但是我们的工作都是接触到电子元器件，希望它能够带给我们对元器件失效的一点点了解和认识。

下面就谈谈元器件的失效分析。元器件的失效，包括元器件的失效特征和失效机理分析，以及元器件的可能性筛选几个方面。

一、元器件的失效特征

元器件的失效特征，主要包括失效规律，失效形式。

1、元器件的失效规律

电子元器件的失效规律，明显地表现为下图所示的曲线特征，这曲线叫做“浴盘曲线”它分为三个部分I、早期失效期。II、稳定工作。III、衰老期。

早期失效期，多发生在元器件制造和计算机刚安装运行的几个月内，一般为几百小时。元器件早期失效的原因有：

（1）元器件本身的缺陷，如硅裂、漏

气、焊接不良；

（2）环境条件的变化，加速了元器

件、组件失效；

（3）工艺问题，如焊接不牢，筛选

不严等因素。

克服早期失效的办法应从以上几

个方面来预防，并且应经过老练期后再投入使用。

稳定工作期也叫正常寿命期。元件在这一期间突然失效较少，而暂时性故障较多。这时，应力引起失效是暂时故障的主要原因。当元器件工作中瞬时应超过了元件的强度，便产生暂时性故障，使机器不能正常使用。

衰老期也叫耗损期，元件到了这一时期，失效率大大增加，可靠性急剧下降，接近报废。形成这一阶段的主要原因是机械磨损或或元件物理变化。

二、器件的失效形式

元器件的失效可分为以下几种形式：突然失效，退化失效、局部失效和全部失效。

（1）突然失效，也叫“灾难性失效”，这是元件参数急剧变化而造成的，这一失效形式通常表现为短路或开路状态。元器件因压焊不牢造成开路，或因灰尘微粒使器件管脚短路，电容器因电解质击穿造成短路等，就是这种失效的例子：

（2）退化失效，也叫“衰变失效”或“漂移失效”。这是因元器件制造公差、温度系数变化、材料变质、电压力负荷改变，外界电源电压波动、工艺不良、随机影响和老化过程引起的，使元器件参数逐渐变坏，使其性能变差而造成的。

（3）局部失效和整体失效。一个退化失效会使一个系统性能变化，使局部功能失效，因之也称局部失效。而一个突然失效会使整个系统失效，这种失效称为整体失效。

任何电子元器件都有它的品质因素，在给定的环境下，都有自己的寿命（失效率的倒数即=）。下面供军用航空电子设备使用的元器件失效率。

三、元器件的失效机理

元器件的失效直接受温度、湿度、电压、机械、电磁场的影响。

1、温度影响

高温是降低及磁性元件可靠性的一种应为形式。环境试验表明：当温度高于正常值时，元器件失效率会成倍增大。

2、湿度影响

湿度过高会使封装不良，气密性较差的元器件遭受腐蚀，造成退化失效。

3、振动冲击影响

振动、冲击会使一些内部有缺陷的元器件加速失效，造成灾难性失效。

4、电压影响

电压波动会使参数不稳定的元器件加速失效。对于电容器来说，其失效率正比于电容电压的5次幂。

四、可靠性筛选

1、筛选的概念

开始时把所有元器件的特性测试一遍，然后，对所有元器件都施加应力，经过一定的时间试验后，再把所有的特性复测一遍，以剔除不合格的元件。这一过程叫做“筛选”。筛选中的应力可以是热的、电的、机械的，也可以是几种形式的结合力。

2、筛选办法

对集成电路等电子元器大都要经过三个大的筛选过程：元器件工艺筛选、

元器件成品筛和整机装调筛选。

元器件的成品筛选：

（1）高温存储筛选，这是一种加速性质存储寿命试验，把元器件放在高温烘箱内温度通常在120~300，通过热应加速硅表面的电化效应，使潜在的故障加速暴露。这对于污染、表面漏电、引线接不良、氧化层缺陷等都有筛选作用。

（2）功率老化筛选：这是将元器件放在高温环境，再连续加上一定功率（超过元器件最大耗散功率），经过长时间试验后再测试的筛选方法，这与实际情况比较接近，是一种有效的筛选措施。

（3）油墨度冲击试验：这是采用高、低温交替冲击的办法剔除有潜在故障的元器件。在剧烈的高低温高变作用下，元器件内各种材料的热胀冷缩不匹配，管芯引线温度系数不匹配、芯裂、封装不良等缺陷都会加速暴露出来。

（4）振动、冲击筛选：在短时间内对元器件施加一定频率、一定加速度的振动、冲击负荷，借以发现元器具件内部缺陷、瞬间短路、开路等不合格元器件。

（5）温度筛选，通常把元器件在内40~50，相对温度为98%的环境中存放几十小时，再观测其镀层及参数，以剔除不合格品。这种筛选主要用于检查元器件封装气密性及引线镀层质量。

（6）密封检漏，主要检查等壳几封装工艺中潜在缺陷。

（7）抗潮湿试验，主要用于检验封装的密封性，以及管脚的防锈能力。（8）显微镜检查，这种简便、有效的方法，通常在用30~50倍或200倍显微镜下，还结合采用其他目视手段，以便对封装前电路进行全面检查。（9）X光检查，X光检查主要检查外来微粒，对装片和热压工艺中的潜在缺陷以及硅片自己裂纹等都筛选作用。

（10）电气参数测试，对于上述的许多种试验都要试验前、后进行有关电气参数的测试，而测试本身对一些严重的潜在缺陷，都有一定的筛

选作用。

（11）其他方法，还有引线和管脚之间的绝缘试验等筛选办法。

2001/7/29