I denne artikkelen blir feilmodusene og feilmekanismene til elektroniske komponenter studert, og deres sensitive miljøer er gitt for å gi en viss referanse for design av elektroniske produkter
1. Typiske komponentfeilmoduser
Serienummer
Navn på elektronisk komponent
Miljørelaterte feilmoduser
Miljøstress
1. Elektromekaniske komponenter
Vibrasjoner forårsaker tretthetsbrudd i spoler og løsnede kabler.
Vibrasjon, sjokk
2. Halvledermikrobølgeenheter
Høy temperatur og temperatursjokk fører til delaminering ved grensesnittet mellom pakkematerialet og brikken, og mellom emballasjematerialet og brikkeholdergrensesnittet til den plastforseglede mikrobølgemonolitten.
Høy temperatur, temperatursjokk
3. Hybride integrerte kretser
Støt fører til sprekker i keramisk underlag, temperatursjokk fører til sprekker i kondensatorenden, og temperatursvingninger fører til loddefeil.
Sjokk, temperatursyklus
4. Diskrete enheter og integrerte kretser
Termisk sammenbrudd, chiploddingsfeil, indre ledningsbindingssvikt, sjokk som fører til brudd på passiveringslaget.
Høy temperatur, sjokk, vibrasjon
5. Resistive komponenter
Kjernesubstratbrudd, motstandsfilmbrudd, blybrudd
Sjokk, høy og lav temperatur
6. Styrenivåkrets
Sprukne loddeforbindelser, sprukne kobberhull.
Høy temperatur
7. Elektrisk vakuum
Utmattelsesbrudd av varm ledning.
Vibrasjon
2, typisk komponent feil mekanisme analyse
Feil modus av elektroniske komponenter er ikke en enkelt, bare en representativ del av de typiske komponenter sensitive miljø toleransegrense analyse, for å få en mer generell konklusjon.
2.1 Elektromekaniske komponenter
Typiske elektromekaniske komponenter inkluderer elektriske kontakter, releer osv. Feilmodusene analyseres i dybden med strukturen til de to typene komponenter.
1) Elektriske kontakter
Elektrisk kontakt av skallet, isolatoren og kontaktkroppen til de tre grunnleggende enhetene, er feilmodusen oppsummert i kontaktfeil, isolasjonssvikt og mekanisk feil i de tre formene for feil.Hovedformen for svikt i den elektriske kontakten for kontaktfeil, svikt i ytelsen: kontakt på øyeblikkelig brudd og kontaktmotstand øker.For elektriske kontakter, på grunn av eksistensen av kontaktmotstand og materialledermotstand, vil kontaktmotstand og ledermotstand i metallmateriale generere Joule-varme, når det flyter strøm gjennom den elektriske kontakten, vil Joule-varme øke varmen, noe som resulterer i en økning i temperatur på kontaktpunktet, for høy kontaktpunkttemperatur vil gjøre at kontaktflaten til metallet mykner, smelter eller til og med koker, men øker også kontaktmotstanden, og utløser dermed kontaktsvikt..I rollen som høytemperaturmiljø vil kontaktdelene også vises som krypfenomen, noe som gjør at kontakttrykket mellom kontaktdelene reduseres.Når kontakttrykket reduseres til en viss grad, vil kontaktmotstanden øke kraftig, og til slutt forårsake dårlig elektrisk kontakt, noe som resulterer i kontaktsvikt.
På den annen side vil den elektriske kontakten i lagring, transport og arbeid være utsatt for en rekke vibrasjonsbelastninger og slagkrefter, når den eksterne vibrasjonsbelastningens eksitasjonsfrekvens og elektriske koblinger nær den iboende frekvensen vil gjøre den elektriske kontakten resonans. fenomen, noe som resulterer i at gapet mellom kontaktstykkene blir større, gapet øker til en viss grad, kontakttrykket vil forsvinne øyeblikkelig, noe som resulterer i elektrisk kontakt "umiddelbar brudd".I vibrasjonen, støtbelastningen vil den elektriske kontakten generere indre spenning, når spenningen overstiger materialets flytestyrke, vil det gjøre materielle skader og brudd;i rollen som denne langsiktige stress, vil materialet også oppstå utmattelsesskader, og til slutt forårsake svikt.
2) Relé
Elektromagnetiske releer er vanligvis sammensatt av kjerner, spoler, armaturer, kontakter, siv og så videre.Så lenge en viss spenning legges til begge ender av spolen, vil en viss strøm flyte i spolen, og dermed produsere en elektromagnetisk effekt, ankeret vil overvinne den elektromagnetiske tiltrekningskraften for å gå tilbake til fjærtrekket til kjernen, som driver igjen ankerets bevegelige kontakter og statiske kontakter (normalt åpne kontakter) til å lukke.Når spolen slås av forsvinner også den elektromagnetiske sugekraften, ankeret vil gå tilbake til den opprinnelige posisjonen under reaksjonskraften til fjæren, slik at den bevegelige kontakten og den opprinnelige statiske kontakten (normalt lukket kontakt) suger.Denne suge og slippe, og dermed oppnå formålet med ledning og avskjæring i kretsen.
Hovedmodusene for generell svikt i elektromagnetiske reléer er: relé normalt åpent, relé normalt lukket, relé dynamisk fjærvirkning oppfyller ikke kravene, kontakt lukking etter at reléets elektriske parametere overstiger de dårlige.På grunn av mangel på elektromagnetisk relé produksjonsprosess, mange elektromagnetiske relé svikt i produksjonsprosessen for å legge kvaliteten på skjulte farer, slik som mekanisk stressavlastning perioden er for kort, noe som resulterer i mekanisk struktur etter støpedeler deformasjon, rester fjerning er ikke oppbrukt resulterer i PIND test mislyktes eller feil, fabrikk testing og bruk av screening er ikke streng slik at feil på enheten i bruk, etc.. Påvirkningsmiljøet vil sannsynligvis forårsake plastisk deformasjon av metallkontakter, noe som resulterer i reléfeil.Ved utforming av utstyr som inneholder reléer, er det nødvendig å fokusere på påvirkningsmiljøets tilpasningsevne å vurdere.
2.2 Halvledermikrobølgekomponenter
Mikrobølgehalvlederenheter er komponenter laget av Ge, Si og III ~ V sammensatte halvledermaterialer som opererer i mikrobølgebåndet.De brukes i elektronisk utstyr som radar, elektroniske krigføringssystemer og mikrobølgekommunikasjonssystemer.Mikrobølgediskret enhetsemballasje i tillegg til å gi elektriske tilkoblinger og mekanisk og kjemisk beskyttelse for kjernen og pinnene, bør utformingen og valget av huset også vurdere innvirkningen av husets parasittiske parametere på enhetens mikrobølgetransmisjonsegenskaper.Mikrobølgehuset er også en del av kretsen, som i seg selv utgjør en komplett inngangs- og utgangskrets.Derfor bør formen og strukturen til huset, størrelse, dielektrisk materiale, lederkonfigurasjon osv. samsvare med mikrobølgeegenskapene til komponentene og kretsapplikasjonsaspekter.Disse faktorene bestemmer parametere som kapasitans, elektrisk ledningsmotstand, karakteristisk impedans og leder- og dielektriske tap i rørhuset.
Miljørelevante feilmoduser og mekanismer for mikrobølgehalvlederkomponenter inkluderer hovedsakelig portmetallvask og nedbrytning av resistive egenskaper.Portmetallvask skyldes den termisk akselererte diffusjonen av portmetall (Au) til GaAs, så denne feilmekanismen oppstår hovedsakelig under akselererte levetidstester eller ekstremt høye temperaturer.Hastigheten for gatemetall-diffusjon (Au) til GaAs er en funksjon av diffusjonskoeffisienten til gatemetallmaterialet, temperatur og materialkonsentrasjonsgradient.For en perfekt gitterstruktur påvirkes ikke enhetens ytelse av en veldig langsom diffusjonshastighet ved normale driftstemperaturer, men diffusjonshastigheten kan være betydelig når partikkelgrensene er store eller det er mange overflatedefekter.Motstander brukes ofte i mikrobølgemonolitiske integrerte kretser for tilbakekoblingskretser, innstilling av skjevhetspunktet for aktive enheter, isolasjon, kraftsyntese eller slutten av koblingen, det er to motstandsstrukturer: metallfilmmotstand (TaN, NiCr) og lett dopet GaAs motstand mot tynne lag.Tester viser at nedbrytningen av NiCr-motstanden forårsaket av fuktighet er hovedmekanismen for feilen.
2.3 Hybride integrerte kretser
Tradisjonelle hybride integrerte kretser, i henhold til underlagsoverflaten til den tykke film guidetapen, er tynnfilm guide tape prosessen delt inn i to kategorier av tykk film hybrid integrerte kretser og tynnfilm hybrid integrerte kretser: visse små trykte kretskort (PCB) kretser, på grunn av den trykte kretsen er i form av film i flat bord overflate for å danne et ledende mønster, også klassifisert som en hybrid integrerte kretser.Med fremveksten av multi-chip-komponenter har denne avanserte hybridintegrerte kretsen, dens unike flerlags ledningsstruktur og gjennomhullsprosessteknologi gjort komponentene til en hybrid integrert krets i en sammenkoblingsstruktur med høy tetthet som er synonymt med substratet som brukes i flerbrikkekomponenter og inkluderer: tynnfilm flerlags, tykk film flerlags, høytemperatur sambrent, lavtemperatur sambrent, silisiumbasert, PCB flerlags substrat, etc.
Hybrid integrert krets miljøstressfeilmodus inkluderer hovedsakelig elektrisk åpen kretsfeil forårsaket av substratsprekker og sveisefeil mellom komponenter og tykkfilmledere, komponenter og tynnfilmledere, substrat og hus.Mekanisk støt fra produktfall, termisk sjokk fra loddeoperasjon, ekstra spenning forårsaket av ujevnheter i underlaget, sideveis strekkspenning fra termisk misforhold mellom underlag og metallhus og bindemateriale, mekanisk stress eller termisk spenningskonsentrasjon forårsaket av indre defekter i underlaget, potensiell skade forårsaket av substratboring og substratskjæring lokale mikrosprekker, fører til slutt til ytre mekanisk stress større enn den iboende mekaniske styrken til keramisk substrat som Resultatet er svikt.
Loddekonstruksjoner er utsatt for gjentatte temperatursyklusspenninger, noe som kan føre til termisk utmatting av loddelaget, noe som resulterer i redusert bindingsstyrke og økt termisk motstand.For tinnbasert klasse av duktilt loddemetall, fører rollen til temperatursyklisk stress til termisk tretthet av loddelaget, på grunn av at den termiske ekspansjonskoeffisienten til de to strukturene som er forbundet med loddetinn er inkonsekvent, er loddeforskyvningsdeformasjonen eller skjærdeformasjonen, etter gjentatte ganger, loddelaget med utmattelse sprekk utvidelse og utvidelse, til slutt fører til utmattelse svikt i loddelaget.
2.4 Diskrete enheter og integrerte kretser
Diskrete halvlederenheter er delt inn i dioder, bipolare transistorer, MOS-felteffektrør, tyristorer og bipolare transistorer med isolert port etter brede kategorier.Integrerte kretser har et bredt spekter av bruksområder og kan deles inn i tre kategorier i henhold til deres funksjoner, nemlig digitale integrerte kretser, analoge integrerte kretser og blandede digital-analoge integrerte kretser.
1) Diskrete enheter
Diskrete enheter er av ulike typer og har sin egen spesifisitet på grunn av deres ulike funksjoner og prosesser, med betydelige forskjeller i feilytelse.Men som de grunnleggende enhetene dannet av halvlederprosesser, er det visse likheter i feilfysikken deres.De viktigste feilene knyttet til ekstern mekanikk og naturlig miljø er termisk sammenbrudd, dynamisk snøskred, chiploddingsfeil og intern ledningsbindingsfeil.
Termisk sammenbrudd: Termisk sammenbrudd eller sekundært sammenbrudd er hovedfeilmekanismen som påvirker halvlederkraftkomponenter, og mesteparten av skaden under bruk er relatert til fenomenet sekundært sammenbrudd.Sekundær nedbryting er delt inn i foroverforspenning sekundær sammenbrudd og omvendt forspenning sekundær sammenbrudd.Førstnevnte er hovedsakelig relatert til enhetens egne termiske egenskaper, som enhetens dopingkonsentrasjon, egenkonsentrasjon osv., mens sistnevnte er relatert til skredmultiplikasjonen av bærere i romladningsområdet (som f.eks. nær kollektoren), både hvorav alltid er ledsaget av konsentrasjonen av strøm inne i enheten.Ved bruk av slike komponenter bør spesiell oppmerksomhet rettes mot termisk beskyttelse og varmeavledning.
Dynamisk snøskred: Under dynamisk avstengning på grunn av ytre eller indre krefter, forårsaker det strømkontrollerte kollisjons-ioniseringsfenomenet som oppstår inne i enheten påvirket av den frie bærerkonsentrasjonen et dynamisk snøskred, som kan oppstå i bipolare enheter, dioder og IGBT-er.
Brikkeloddefeil: Hovedårsaken er at brikken og loddetinn er forskjellige materialer med forskjellige varmeutvidelseskoeffisienter, så det er en termisk uoverensstemmelse ved høye temperaturer.I tillegg øker tilstedeværelsen av loddehull den termiske motstanden til enheten, noe som gjør varmespredningen verre og danner varme flekker i lokalområdet, øker overgangstemperaturen og forårsaker temperaturrelaterte feil som elektromigrering.
Innvendig blybindingssvikt: hovedsakelig korrosjonssvikt ved bindingspunktet, utløst av korrosjon av aluminium forårsaket av virkningen av vanndamp, klorelementer osv. i et varmt og fuktig saltspraymiljø.Utmattelsesbrudd på aluminiumsbindingsledninger forårsaket av temperatursyklus eller vibrasjon.IGBT-modulpakken er stor i størrelse, og hvis den installeres på en feil måte, er det veldig lett å forårsake spenningskonsentrasjon, noe som resulterer i utmattelsesbrudd på de interne ledningene til modulen.
2) Integrert krets
Feilmekanismen til integrerte kretser og bruken av miljøet har et godt forhold, fuktighet i et fuktig miljø, skade generert av statisk elektrisitet eller elektriske overspenninger, for høy bruk av teksten og bruk av integrerte kretser i et strålingsmiljø uten stråling motstandsforsterkning kan også forårsake feil på enheten.
Grensesnitteffekter relatert til aluminium: I de elektroniske enhetene med silisiumbaserte materialer er SiO2-lag som dielektrisk film mye brukt, og aluminium brukes ofte som materiale for sammenkoblingslinjer, SiO2 og aluminium ved høye temperaturer vil være en kjemisk reaksjon, slik at aluminiumslaget blir tynt, dersom SiO2-laget tømmes på grunn av reaksjonsforbruk, vil det føre til direkte kontakt mellom aluminium og silisium.I tillegg vil sammenkoblingslinjen av gull og aluminium eller aluminiums bindingstråd og bindingen av den gullbelagte ledningstråden til rørskallet produsere Au-Al grensesnittkontakt.På grunn av det forskjellige kjemiske potensialet til disse to metallene, vil etter langvarig bruk eller lagring ved høye temperaturer over 200 ℃ produsere en rekke intermetalliske forbindelser, og på grunn av deres gitterkonstanter og termiske ekspansjonskoeffisienter er forskjellige, i bindingspunktet innenfor en stor spenning, blir konduktiviteten liten.
Metalliseringskorrosjon: Aluminiumsforbindelsesledningen på brikken er utsatt for korrosjon av vanndamp i et varmt og fuktig miljø.På grunn av priskompensasjonen og den enkle masseproduksjonen, er mange integrerte kretser innkapslet med harpiks, men vanndamp kan passere gjennom harpiksen for å nå aluminiumsforbindelsene, og urenheter hentet inn utenfra eller oppløst i harpiksen virker sammen med metallisk aluminium for å forårsake korrosjon av aluminiumsforbindelsene.
Delamineringseffekten forårsaket av vanndamp: plast IC er den integrerte kretsen innkapslet med plast og andre harpikspolymermaterialer, i tillegg til delamineringseffekten mellom plastmaterialet og metallrammen og brikken (ofte kjent som "popcorn"-effekten), fordi harpiksmaterialet har egenskapene til adsorpsjon av vanndamp, vil delamineringseffekten forårsaket av adsorpsjonen av vanndamp også føre til at enheten svikter..Feilmekanisme er den raske utvidelsen av vann i plastforseglingsmaterialet ved høye temperaturer, slik at separasjonen mellom plasten og dens feste av andre materialer, og i alvorlige tilfeller vil plastforseglingslegemet sprekke.
2.5 Kapasitive resistive komponenter
1) Motstander
Vanlige ikke-viklingsmotstander kan deles inn i fire typer i henhold til de forskjellige materialene som brukes i motstandskroppen, nemlig legeringstype, filmtype, tykkfilmtype og syntetisk type.For faste motstander er hovedfeilmodusene åpen krets, elektrisk parameterdrift, etc.;mens for potensiometre er hovedfeilmodusene åpen krets, elektrisk parameterdrift, støyøkning osv. Bruksmiljøet vil også føre til motstandsaldring, noe som har stor innvirkning på elektronisk utstyrs levetid.
Oksidasjon: Oksidasjon av motstandslegemet vil øke motstandsverdien og er den viktigste faktoren som forårsaker motstandsaldring.Bortsett fra motstandslegemer laget av edle metaller og legeringer, vil alle andre materialer bli skadet av oksygen i luften.Oksidasjon er en langsiktig effekt, og når påvirkningen av andre faktorer gradvis avtar, vil oksidasjon bli hovedfaktoren, og miljøer med høy temperatur og høy luftfuktighet vil akselerere oksidasjonen av motstander.For presisjonsmotstander og motstander med høy motstandsverdi er det grunnleggende tiltaket for å forhindre oksidasjon tetningsbeskyttelse.Tetningsmaterialer bør være uorganiske materialer, som metall, keramikk, glass osv. Det organiske beskyttelseslaget kan ikke fullstendig forhindre fuktgjennomtrengelighet og luftgjennomtrengelighet, og kan kun spille en forsinkende rolle i oksidasjon og adsorpsjon.
Aldring av bindemidlet: For organiske syntetiske motstander er aldring av det organiske bindemidlet hovedfaktoren som påvirker motstandens stabilitet.Det organiske bindemidlet er hovedsakelig en syntetisk harpiks, som omdannes til en høypolymerisert termoherdende polymer ved varmebehandling under produksjonsprosessen av motstanden.Hovedfaktoren som forårsaker polymeraldring er oksidasjon.De frie radikalene som genereres av oksidasjon forårsaker hengslingen av polymerens molekylære bindinger, som ytterligere herder polymeren og gjør den sprø, noe som resulterer i tap av elastisitet og mekanisk skade.Herdingen av bindemidlet får motstanden til å krympe i volum, øker kontakttrykket mellom de ledende partiklene og reduserer kontaktmotstanden, noe som resulterer i en reduksjon i motstand, men den mekaniske skaden på bindemidlet øker også motstanden.Vanligvis skjer herdingen av bindemidlet før, mekanisk skade oppstår etter, så motstandsverdien til organiske syntetiske motstander viser følgende mønster: en viss nedgang i begynnelsen av stadiet, snu deretter for å øke, og det er en trend med økning.Siden aldring av polymerer er nært knyttet til temperatur og lys, vil syntetiske motstander akselerere aldring under høytemperaturmiljø og sterk lyseksponering.
Aldring under elektrisk belastning: Å påføre en belastning på en motstand vil akselerere aldringsprosessen.Under DC-belastning kan elektrolytisk virkning skade tynnfilmmotstander.Elektrolyse skjer mellom spaltene til en spaltemotstand, og hvis motstandssubstratet er et keramisk eller glassmateriale som inneholder alkalimetallioner, beveger ionene seg under påvirkning av det elektriske feltet mellom spaltene.I et fuktig miljø foregår denne prosessen mer voldsomt.
2) Kondensatorer
Kondensatorens feilmoduser er kortslutning, åpen krets, degradering av elektriske parametere (inkludert endring av kapasitet, økning av tapsvinkeltangens og reduksjon av isolasjonsmotstand), væskelekkasje og blykorrosjonsbrudd.
Kortslutning: Den flygende lysbuen i kanten mellom poler ved høy temperatur og lavt lufttrykk vil føre til kortslutning av kondensatorer, i tillegg vil den mekaniske påkjenningen som eksternt sjokk også forårsake forbigående kortslutning av dielektrikum.
Åpen krets: Oksidasjon av blytråder og elektrodekontakter forårsaket av fuktige og varme omgivelser, noe som resulterer i lavt nivå utilgjengelighet og korrosjonsbrudd på anode blyfolie.
Nedbrytning av elektriske parametere: Nedbrytning av elektriske parametere på grunn av påvirkning av fuktig miljø.
2.6 Styrekretser
Trykt kretskort er hovedsakelig sammensatt av isolerende underlag, metallledninger og tilkobling av forskjellige lag med ledninger, loddekomponenter "pads".Dens hovedrolle er å gi en bærer for elektroniske komponenter, og å spille rollen som elektriske og mekaniske forbindelser.
Feilmodusen til det trykte kretskortet inkluderer hovedsakelig dårlig lodding, åpen og kortslutning, blemmer, delaminering av sprengt brett, korrosjon eller misfarging av kortets overflate, brettbøyning
Innleggstid: 21. november 2022