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

邝仕庞

捷普精密工业广州有限公司

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。

（2）由于氧化和污染，导电层或接触轨与地面接触，在界面上形成了各种导电性较差的薄膜。

（3）导电层或电阻合金线出现严重磨损或发生烧毁，造成滑动点接触不良^[2]。

（二）电容器的失效原理

电容器的失效原理会受到产品类型，材料种类，结构差异，制造工艺和环境条件等各方面因素的影响^[3]。击穿、电气参数降低、断路等是实际应用中最常见的故障模式。一般情况下，发现电容器的击穿失效都很简单，但是在存在多个元件相连的情况下，便很难找到具体的故障元件。此时，便需要把相同类别的电容器与被测电容器相连，观察电路功能能否复原，便可以实现电容器开路故障的鉴定。而电参数的检测，需要结合电容器实际不同的情况，从电路板烫下一条引线来进行具体操作，以此来规避附近元件对其产生的影响。

3. 电感和变压器类

这一类的元件包括了电感器、变压器、振荡线圈和滤波器线圈等^[4]。他们产生故障的缘由通常是因为受到了外部因素的影响。比如，当出现短路时，由于流经线圈的电流超出了限定值，使变压器内部升温，最终便导致了线圈短路、开路或绝缘击穿情形的出现。如果通风不畅，温度偏高或者过于潮湿时，也会发生漏电和绝缘击穿的现象。

变压器连接电源时，如果铁芯处发出嗡嗡声，那么便可能是由于铁芯没有夹紧或变压器超出负载。而如果有高温冒烟、出现焦味或者保险丝熔断的情况，则可能是因为线圈短路。在检查感应器和变压器元件故障时，通常采用直流电阻测量、通电检查和仪表检查的方法。

（四）接触器件的失效机理

接触元件指的是利用机械压力使导体和导体之间相互接触且具备传导功能的软件的总称。接触元件可靠性低，电子设备或系统可靠性低等问题应引起重视。通常情况下，开关和连接器的机械故障是因为磨损，疲惫和腐化引发的。

2. 电子元器件失效模式

一般来说，电子元器件的失效模式分为两种情况：一是封装失效；二是电气性能失效。在实践时，给电子元器件的表面给与适当的环境应力，紧接着对电子元器件的外观实行检测。如果发现问题，不妨立刻加入一些试验，比如破坏性物理分析试验等。

而对电气性能失效来说，通常包含连接故障、功能故障和电气参数故障。在电子元器件的整体失效模式中，连通性失效占比极大，而功能故障与电气参数故障往往也包括少量连接故障^[5]。然而，简单的连接故障不能仅仅进行单一的检测，而应该借助功能性和电气参数检测来察觉。

三、电子设备维护保养质量的重要性

在现如今的市场竞争当中，过去的质量管理模式早已无法使提高电子设备维修质量的需求达到满意。但是，当电子设备发生质量问题时，假如电子维修管理系统可以在立即对其进行分析和处理的基础之上，立即进行实时跟踪和信息反馈，便可以使电子设备的维修水平得到极大提升。众所周知，为了维护设备本身的各种性能和功能，我们采用了一些方法对电子设备进行维护，使其既能按照电子设备的内在规律运行，又能符合其自身的客观经济规律。这是电子设备维修的主要目的，可以最大限度地延长设备的使用周期，规避设备故障，减轻经济损失，提高工作效率，实现效益最大化。因此，要加强对设备的维护和保养。这些工作的维护对设备的质量管理起着举足轻重的作用，在企业的工作和管理中有着不容忽视的意义，而且可以使企业利益达到最大化。

四、电子设备维护保养管理体系

因为科学技术的先进性和严苛的相关要求，电子设备维护保养管理体系充分体现了其简练、便利、实用、科学的特色，具备很好的体系稳定性与安全性。由于整个体系是一套基于Internet的办理体系，因此本体系具备很多好处。譬如：它不需要客户端固定，管理员可以在随意时间、随意地点检查、了解和管理全部信息；它能及时更新信息资料，充分发挥信息采集及时、快速、灵活、方便、多样的特点；信息的主动采集和编撰功效可以获得完善的发挥；操作方法和流程简单明了，简化了复杂的工作流程，实现了人工管理工作流程的智能化；适应性很好，对具有差别的情势、有分歧的应用体系、不同范围的网站具备很好的兼容性和适应性，削减了网站维护的工作量，减弱了管理者的压力。

五、结论

综上所述，认识到各部件的失效模式和失效机理，对装备故障诊断和保护装备可靠性具有不容忽视的意义。电子元器件的失效通常是因设计存在漏洞、做工不良、使用不当等缘由引起的。为了确保设备或体系的正常运行，电子元器件对于本身可靠性的要求很高。是以，要加倍重视电子设备维修质量水平的提升，保证工作的可以有条不紊的开展，并努力加快各行业信息化建设的成长步伐。

参考文献：

[1]朱大奇．电子设备故障诊断原理与实践［M］．北京:电子工业出版社，2004: 50-65．

[2]杨云，杨旭．电子设备的可靠性试验［J］．数字通信，2011，37( 6) : 66-69．

[3]高泽涵.电子电路故障诊断技术［M］．西安:西安电子科技大学出版社，2000: 15-19．

[4]杨江平．电子装备维修技术及应用［M］．北京：国防工业出版社，2006: 40-50．

[5]孙晓君.基于“失效模式一失效机理一分析模型”的电子产品可靠性分析应用[J]．电子设计工程，2012(06)：36—39．