I denna artikel studeras fellägen och felmekanismer för elektroniska komponenter och deras känsliga miljöer ges för att ge en referens för design av elektroniska produkter
1. Typiska komponentfellägen
Serienummer
Elektronisk komponentnamn
Miljörelaterade fellägen
Miljöstress
1. Elektromekaniska komponenter
Vibrationer orsakar utmattningsbrott av spolar och att kablar lossnar.
Vibration, chock
2. Halvledarmikrovågsenheter
Hög temperatur och temperaturchock leder till delaminering vid gränsytan mellan förpackningsmaterialet och chipet, och mellan förpackningsmaterialet och chiphållargränssnittet hos den plastförseglade mikrovågsmonoliten.
Hög temperatur, temperaturchock
3. Hybrid integrerade kretsar
Stöt leder till sprickbildning i keramiskt substrat, temperaturchock leder till sprickbildning i kondensatoränden av elektrod, och temperaturcykling leder till lödfel.
Chock, temperaturcykel
4. Diskreta enheter och integrerade kretsar
Termiskt sammanbrott, chiplödningsfel, inre ledningsbindningsfel, stöt som leder till att passiveringsskiktet brister.
Hög temperatur, stötar, vibrationer
5. Resistiva komponenter
Kärnsubstratbrott, resistiv filmbrott, blybrott
Chock, hög och låg temperatur
6. Kortnivåkrets
Spruckna lödfogar, brutna kopparhål.
Hög temperatur
7. Eldammsugare
Utmattningsbrott av varm tråd.
Vibration
2, typiska komponentfel mekanism analys
Felläge av elektroniska komponenter är inte en enda, bara en representativ del av de typiska komponenterna känslig miljö toleransgräns analys, för att få en mer allmän slutsats.
2.1 Elektromekaniska komponenter
Typiska elektromekaniska komponenter inkluderar elektriska kontakter, reläer, etc. Fellägena analyseras på djupet med strukturen hos de två respektive typerna av komponenter.
1) Elektriska kontakter
Elektrisk kontakt av skalet, isolatorn och kontaktkroppen för de tre grundläggande enheterna, är felläget sammanfattat i kontaktfel, isoleringsfel och mekaniska fel i de tre formerna av fel.Den huvudsakliga formen av fel på den elektriska kontakten för kontaktfelet, misslyckandet i dess prestanda: kontakten på det momentana avbrottet och kontaktmotståndet ökar.För elektriska kontakter, på grund av förekomsten av kontaktresistans och materialledareresistans, när det finns strömflöde genom det elektriska kontaktdonet, kommer kontaktresistans och metallmaterialledarmotstånd att generera Joule-värme, Joule-värme ökar värmen, vilket resulterar i en ökning av temperatur på kontaktpunkten, för hög kontaktpunktstemperatur kommer att göra att kontaktytan på metallen mjuknar, smälter eller till och med kokar, men ökar också kontaktmotståndet, vilket utlöser kontaktfel..I rollen som högtemperaturmiljö kommer kontaktdelarna också att uppträda som krypfenomen, vilket gör att kontakttrycket mellan kontaktdelarna minskar.När kontakttrycket reduceras till en viss grad kommer kontaktresistansen att öka kraftigt och slutligen orsaka dålig elektrisk kontakt, vilket resulterar i kontaktfel.
Å andra sidan kommer den elektriska kontakten vid lagring, transport och arbete att utsättas för en mängd olika vibrationsbelastningar och slagkrafter, när den externa vibrationsbelastningens exciteringsfrekvens och elektriska kontaktdon nära den inneboende frekvensen kommer att göra den elektriska kontakten resonans fenomen, vilket resulterar i att gapet mellan kontaktstyckena blir större, gapet ökar i viss utsträckning, kontakttrycket kommer att försvinna omedelbart, vilket resulterar i elektrisk kontakt "omedelbar avbrott".I vibrations-, stötbelastningen kommer den elektriska kontakten att generera inre spänningar, när spänningen överstiger materialets sträckgräns, kommer den att göra materiella skador och brott;i rollen av denna långvariga stress, kommer materialet också att uppstå utmattningsskador, och slutligen orsaka fel.
2) Relä
Elektromagnetiska reläer är vanligtvis sammansatta av kärnor, spolar, armaturer, kontakter, vass och så vidare.Så länge som en viss spänning läggs till båda ändarna av spolen kommer en viss ström att flyta i spolen, vilket ger en elektromagnetisk effekt, ankaret kommer att övervinna den elektromagnetiska attraktionskraften för att återgå till fjäderdragningen till kärnan, vilket driver i sin tur ankarets rörliga kontakter och statiska kontakter (normalt öppna kontakter) att stänga.När spolen stängs av försvinner också den elektromagnetiska sugkraften, ankaret återgår till ursprungsläget under fjäderns reaktionskraft, så att den rörliga kontakten och den ursprungliga statiska kontakten (normalt sluten kontakt) suger.Detta sug och släpp, vilket uppnår syftet med ledning och avstängning i kretsen.
Huvudlägena för övergripande fel på elektromagnetiska reläer är: relä normalt öppet, relä normalt stängt, relä dynamisk fjäderverkan uppfyller inte kraven, kontakt stängning efter reläets elektriska parametrar överstiger de dåliga.På grund av bristen på elektromagnetisk reläproduktionsprocess, många elektromagnetiska reläfel i produktionsprocessen för att lägga kvaliteten på dolda faror, såsom mekanisk stressavlastningsperiod är för kort vilket resulterar i mekanisk struktur efter deformation av gjutdelarna, borttagning av rester är inte uttömd resulterar i att PIND-testet misslyckades eller till och med misslyckades, fabrikstestning och användning av screening är inte strikt så att enhetens fel i användning, etc.. Stötmiljön kommer sannolikt att orsaka plastisk deformation av metallkontakter, vilket resulterar i reläfel.Vid utformningen av utrustning som innehåller reläer är det nödvändigt att fokusera på miljöanpassningsförmågan att beakta.
2.2 Halvledarmikrovågskomponenter
Mikrovågshalvledarenheter är komponenter gjorda av Ge, Si och III ~ V sammansatta halvledarmaterial som arbetar i mikrovågsbandet.De används i elektronisk utrustning som radar, elektroniska krigföringssystem och mikrovågskommunikationssystem.Mikrovågsdiskret enhetsförpackning, förutom att tillhandahålla elektriska anslutningar och mekaniskt och kemiskt skydd för kärnan och stiften, bör designen och valet av huset också beakta inverkan av husets parasitära parametrar på enhetens mikrovågsöverföringsegenskaper.Mikrovågshuset är också en del av kretsen som i sig utgör en komplett in- och utgångskrets.Därför bör höljets form och struktur, storlek, dielektriskt material, ledarkonfiguration etc. matcha komponenternas mikrovågsegenskaper och kretsapplikationsaspekter.Dessa faktorer bestämmer parametrar såsom kapacitans, elektrisk ledningsresistans, karakteristisk impedans och ledar- och dielektriska förluster i rörhuset.
Miljörelevanta fellägen och mekanismer för mikrovågshalvledarkomponenter inkluderar huvudsakligen grindmetallsänka och försämring av resistiva egenskaper.Gatemetallsänka beror på den termiskt accelererade diffusionen av gatemetall (Au) till GaAs, så denna felmekanism uppstår huvudsakligen under accelererade livslängdstester eller drift med extremt hög temperatur.Hastigheten för gatemetall-diffusion (Au) in i GaAs är en funktion av diffusionskoefficienten för gatemetallmaterialet, temperatur och materialkoncentrationsgradient.För en perfekt gitterstruktur påverkas inte enhetens prestanda av en mycket långsam diffusionshastighet vid normala driftstemperaturer, dock kan diffusionshastigheten vara betydande när partikelgränserna är stora eller det finns många ytdefekter.Resistorer används vanligtvis i mikrovågsmonolitiska integrerade kretsar för återkopplingskretsar, inställning av förspänningspunkten för aktiva enheter, isolering, effektsyntes eller slutet av kopplingen, det finns två motståndsstrukturer: metallfilmresistans (TaN, NiCr) och lätt dopade GaAs tunna lager motstånd.Tester visar att nedbrytningen av NiCr-resistans orsakad av fukt är huvudmekanismen för dess misslyckande.
2.3 Hybrid integrerade kretsar
Traditionella hybridintegrerade kretsar, enligt substratytan på tjockfilmsstyrtejpen, är tunnfilmsstyrtejpprocessen uppdelad i två kategorier av tjockfilmshybridintegrerade kretsar och tunnfilmshybridintegrerade kretsar: vissa små tryckta kretskort (PCB) kretsar, på grund av den tryckta kretsen är i form av film i den plana kortets yta för att bilda ett ledande mönster, även klassificerat som en hybrid integrerade kretsar.Med uppkomsten av flerchipskomponenter har denna avancerade hybridintegrerade krets, dess unika flerskiktsledningsstruktur för substrat och processteknik genomgående hål gjort att komponenterna blivit en hybrid integrerad krets i en sammankopplingsstruktur med hög densitet synonymt med det använda substratet i multi-chip komponenter och inkluderar: tunn film flerskikts, tjock film flerskikts, hög temperatur sambränd, låg temperatur sambränd, kiselbaserat, PCB flerskikts substrat, etc.
Miljöspänningsfel av hybridkretsar inkluderar huvudsakligen elektriska öppna kretsfel orsakade av substratsprickor och svetsfel mellan komponenter och tjockfilmsledare, komponenter och tunnfilmsledare, substrat och hölje.Mekanisk påverkan från produktfall, termisk chock från lödning, ytterligare spänning orsakad av substratets skevhet ojämnhet, lateral dragpåkänning från termisk oanpassning mellan substrat och metallhölje och bindematerial, mekanisk spänning eller termisk spänningskoncentration orsakad av inre defekter i substratet, potentiell skada orsakad av substratborrning och substratskärning lokala mikrosprickor, leder så småningom till yttre mekanisk spänning större än den inneboende mekaniska styrkan hos keramiskt substrat som Resultatet är fel.
Lödstrukturer är känsliga för upprepade temperaturcykliska påkänningar, vilket kan leda till termisk utmattning av lödskiktet, vilket resulterar i minskad bindningsstyrka och ökat termiskt motstånd.För tennbaserad klass av segt lod leder rollen av temperaturcyklisk spänning till termisk utmattning av lödskiktet på grund av att den termiska expansionskoefficienten för de två strukturerna som är anslutna till lodet är inkonsekventa, är lodförskjutningsdeformationen eller skjuvdeformation, efter upprepade gånger, lödskiktet med utmattningssprickor expansion och förlängning, vilket så småningom leder till utmattning av lödskiktet.
2.4 Diskreta enheter och integrerade kretsar
Diskreta halvledarenheter är indelade i dioder, bipolära transistorer, MOS-fälteffektrör, tyristorer och bipolära transistorer med isolerad grind i breda kategorier.Integrerade kretsar har ett brett användningsområde och kan delas in i tre kategorier efter deras funktioner, nämligen digitala integrerade kretsar, analoga integrerade kretsar och blandade digital-analoga integrerade kretsar.
1) Diskreta enheter
Diskreta enheter är av olika slag och har sin egen specificitet på grund av sina olika funktioner och processer, med betydande skillnader i felprestanda.Men som de grundläggande enheterna som bildas av halvledarprocesser finns det vissa likheter i deras felfysik.De huvudsakliga felen relaterade till extern mekanik och naturlig miljö är termiskt haveri, dynamisk lavin, spånlödningsfel och internt ledningsbindningsfel.
Termiskt sammanbrott: Termiskt sammanbrott eller sekundärt sammanbrott är den huvudsakliga felmekanismen som påverkar halvledareffektkomponenter, och de flesta skadorna under användning är relaterade till fenomenet sekundärt sammanbrott.Sekundär nedbrytning är uppdelad i framåt förspänning sekundär nedbrytning och omvänd förspänning sekundär nedbrytning.Det förra är främst relaterat till enhetens egna termiska egenskaper, såsom enhetens dopningskoncentration, inneboende koncentration etc., medan det senare är relaterat till lavinförökningen av bärare i rymdladdningsområdet (som nära kollektorn), både av vilka alltid åtföljs av koncentrationen av ström inuti enheten.Vid applicering av sådana komponenter bör särskild uppmärksamhet ägnas åt termiskt skydd och värmeavledning.
Dynamisk lavin: Under dynamisk avstängning på grund av yttre eller inre krafter orsakar det strömkontrollerade kollisionsjoniseringsfenomenet som inträffar inuti enheten påverkad av den fria bärarkoncentrationen en dynamisk lavin, som kan uppstå i bipolära enheter, dioder och IGBT.
Chiplodfel: Den främsta orsaken är att chipet och lodet är olika material med olika värmeutvidgningskoefficienter, så det finns en termisk oöverensstämmelse vid höga temperaturer.Dessutom ökar närvaron av lödhåligheter enhetens termiska motstånd, vilket gör värmeavledning sämre och bildar heta fläckar i det lokala området, vilket höjer korsningstemperaturen och orsakar temperaturrelaterade fel som elektromigrering.
Inre blybindningsfel: huvudsakligen korrosionsfel vid bindningspunkten, utlöst av korrosion av aluminium orsakad av inverkan av vattenånga, klorelement etc. i en varm och fuktig saltspraymiljö.Utmattningsbrott på aluminiumbindningsledningar orsakade av temperaturcykel eller vibration.IGBT-modulpaketet är stort i storlek, och om det installeras på ett felaktigt sätt är det mycket lätt att orsaka stresskoncentration, vilket resulterar i utmattningsbrott på modulens inre ledningar.
2) Integrerad krets
Felmekanismen för integrerade kretsar och användningen av miljön har en stor relation, fukt i en fuktig miljö, skador som genereras av statisk elektricitet eller elektriska överspänningar, för hög användning av texten och användningen av integrerade kretsar i en strålningsmiljö utan strålning motståndsförstärkning kan också orsaka fel på enheten.
Gränssnittseffekter relaterade till aluminium: I elektroniska enheter med kiselbaserade material används SiO2-skikt som en dielektrisk film i stor utsträckning, och aluminium används ofta som material för sammankopplingslinjer, SiO2 och aluminium vid höga temperaturer kommer att vara en kemisk reaktion, så att aluminiumskiktet blir tunt, om SiO2-skiktet töms på grund av reaktionsförbrukning, orsakar direktkontakt mellan aluminium och kisel.Dessutom kommer guldledningstråden och aluminiumanslutningslinjen eller aluminiumbindningstråden och sammanfogningen av den guldpläterade ledningstråden på rörhöljet, att producera Au-Al-gränssnittskontakt.På grund av den olika kemiska potentialen hos dessa två metaller, kommer efter långvarig användning eller lagring vid höga temperaturer över 200 ℃ att producera en mängd olika intermetalliska föreningar, och på grund av deras gitterkonstanter och termiska expansionskoefficienter är olika, i bindningspunkten inom en stor påkänning blir konduktiviteten liten.
Metalliseringskorrosion: Aluminiumanslutningsledningen på chipet är känslig för korrosion av vattenånga i en varm och fuktig miljö.På grund av priskompensationen och den lätta massproduktionen är många integrerade kretsar inkapslade med harts, men vattenånga kan passera genom hartset för att nå aluminiumanslutningarna, och föroreningar som tas in utifrån eller löses upp i hartset samverkar med metalliskt aluminium för att orsaka korrosion av aluminiumkopplingarna.
Delamineringseffekten orsakad av vattenånga: plast IC är den integrerade kretsen inkapslad med plast och andra hartspolymermaterial, förutom delamineringseffekten mellan plastmaterialet och metallramen och chipet (vanligtvis känd som "popcorn"-effekten), eftersom hartsmaterialet har egenskaperna för adsorption av vattenånga, kommer den delamineringseffekt som orsakas av adsorptionen av vattenånga också att orsaka att anordningen misslyckas..Felmekanism är den snabba expansionen av vatten i plasttätningsmaterialet vid höga temperaturer, så att separationen mellan plasten och dess infästning av andra material, och i allvarliga fall, plasttätningskroppen kommer att brista.
2.5 Kapacitiva resistiva komponenter
1) Motstånd
Vanliga icke-lindande motstånd kan delas in i fyra typer beroende på de olika materialen som används i motståndskroppen, nämligen legeringstyp, filmtyp, tjockfilmstyp och syntetisk typ.För fasta motstånd är de huvudsakliga fellägena öppen krets, elektrisk parameterdrift, etc.;medan för potentiometrar är de huvudsakliga fellägena öppen krets, elektrisk parameterdrift, brusökning, etc. Användningsmiljön kommer också att leda till resistoråldring, vilket har stor inverkan på elektronisk utrustnings livslängd.
Oxidation: Oxidation av motståndskroppen ökar resistansvärdet och är den viktigaste faktorn som orsakar motståndets åldrande.Förutom motståndskroppar gjorda av ädla metaller och legeringar, kommer alla andra material att skadas av syre i luften.Oxidation är en långsiktig effekt, och när påverkan av andra faktorer gradvis minskar, kommer oxidation att bli huvudfaktorn, och miljöer med hög temperatur och hög luftfuktighet kommer att påskynda oxidationen av motstånd.För precisionsmotstånd och motstånd med högt resistansvärde är tätningsskydd den grundläggande åtgärden för att förhindra oxidation.Tätningsmaterial bör vara oorganiska material, såsom metall, keramik, glas etc. Det organiska skyddsskiktet kan inte helt förhindra fuktgenomsläpplighet och luftgenomsläpplighet, och kan endast spela en fördröjande roll vid oxidation och adsorption.
Åldring av bindemedlet: För organiska syntetiska resistorer är åldring av det organiska bindemedlet den viktigaste faktorn som påverkar motståndets stabilitet.Det organiska bindemedlet är huvudsakligen ett syntetiskt harts, som omvandlas till en högpolymeriserad värmehärdande polymer genom värmebehandling under resistorns tillverkningsprocess.Den huvudsakliga faktorn som orsakar polymerens åldrande är oxidation.De fria radikalerna som genereras av oxidation orsakar gångjärnen av polymerens molekylbindningar, vilket ytterligare härdar polymeren och gör den spröd, vilket resulterar i förlust av elasticitet och mekanisk skada.Härdningen av bindemedlet gör att motståndet krymper i volym, vilket ökar kontakttrycket mellan de ledande partiklarna och minskar kontaktresistansen, vilket resulterar i en minskning av motståndet, men den mekaniska skadan på bindemedlet ökar också motståndet.Vanligtvis sker härdningen av bindemedlet före, mekanisk skada uppstår efter, så resistansvärdet för organiska syntetiska motstånd visar följande mönster: en viss nedgång i början av steget, vänd sedan för att öka, och det finns en trend att öka.Eftersom åldrandet av polymerer är nära relaterat till temperatur och ljus, kommer syntetiska motstånd att påskynda åldrandet under hög temperaturmiljö och stark ljusexponering.
Åldrande under elektrisk belastning: Att applicera en belastning på ett motstånd kommer att påskynda dess åldringsprocess.Under DC-belastning kan elektrolytisk verkan skada tunnfilmsmotstånd.Elektrolys sker mellan slitsarna i ett slitsat motstånd, och om motståndssubstratet är ett keramiskt eller glasmaterial som innehåller alkalimetalljoner, rör sig jonerna under inverkan av det elektriska fältet mellan slitsarna.I en fuktig miljö fortskrider denna process mer våldsamt.
2) Kondensatorer
Kondensatorernas fellägen är kortslutning, öppen krets, försämring av elektriska parametrar (inklusive förändring av kapacitet, ökning av förlustvinkeltangenten och minskning av isolationsmotstånd), vätskeläckage och blykorrosionsbrott.
Kortslutning: Den flygande bågen vid kanten mellan poler vid hög temperatur och lågt lufttryck kommer att leda till kortslutning av kondensatorer, dessutom kommer den mekaniska påfrestningen såsom extern stöt också att orsaka övergående kortslutning av dielektrikum.
Öppen krets: Oxidation av ledningstrådar och elektrodkontakter orsakad av fuktig och het miljö, vilket resulterar i låg nivå av otillgänglighet och korrosionsbrott av anodblyfolie.
Nedbrytning av elektriska parametrar: Nedbrytning av elektriska parametrar på grund av påverkan av fuktig miljö.
2.6 Kretsar på kortnivå
Tryckt kretskort består huvudsakligen av isolerande substrat, metallledningar och anslutning av olika lager av ledningar, lödkomponenter "kuddar".Dess huvudsakliga roll är att tillhandahålla en bärare för elektroniska komponenter och att spela rollen som elektriska och mekaniska anslutningar.
Felläget för det tryckta kretskortet inkluderar huvudsakligen dålig lödning, öppen och kortslutning, blåsbildning, delaminering av burst board, korrosion eller missfärgning av kortets ytor, böjning av kortet
Posttid: 2022-nov-21