Ing makalah iki, mode kegagalan lan mekanisme kegagalan komponen elektronik diteliti lan lingkungan sing sensitif diwenehake kanggo menehi referensi kanggo desain produk elektronik.
1. Mode kegagalan komponen khas
nomer seri
Jeneng komponen elektronik
Mode kegagalan sing gegandhengan karo lingkungan
Stress lingkungan
1. Komponen elektromekanik
Getaran nyebabake kekeselen kumparan lan ngeculake kabel.
Getaran, kejut
2. Piranti gelombang mikro semikonduktor
Suhu dhuwur lan kejut suhu mimpin kanggo delamination ing antarmuka antarane materi paket lan chip, lan antarane materi paket lan antarmuka nduwèni chip saka monolith gelombang mikro sing disegel plastik.
Suhu dhuwur, kejut suhu
3. Sato sirkuit terpadu
Kejut ndadékaké retak substrat keramik, kejut suhu ndadékaké retak elektroda pungkasan kapasitor, lan siklus suhu nyebabake kegagalan solder.
Shock, siklus suhu
4. Piranti Diskrit lan Sirkuit Terpadu
Thermal breakdown, chip soldering failure, internal lead bonding failure, shock leading to passivation layer rupture.
Suhu dhuwur, kejut, geter
5. Komponen resistif
Pecah substrat inti, pecah film resistif, pecah timah
Shock, suhu dhuwur lan kurang
6. Papan tingkat sirkuit
Sambungan solder retak, bolongan tembaga pecah.
Suhu dhuwur
7. vakum listrik
Patah kelelahan saka kabel panas.
Getaran
2, analisis mekanisme gagal komponen khas
Mode Gagal komponen elektronik ora siji, mung bagean wakil saka komponen khas analisis watesan toleransi lingkungan sensitif, supaya njaluk kesimpulan sing luwih umum.
2.1 Komponen elektromekanik
Komponen elektromekanis khas kalebu konektor listrik, relay, lsp. Mode gagal dianalisis kanthi jero kanthi struktur rong jinis komponen kasebut.
1) Konektor listrik
Konektor listrik dening cangkang, insulator lan awak kontak saka telung unit dhasar, mode Gagal rangkuman ing Gagal kontak, Gagal jampel lan Gagal mechanical saka telung wangun Gagal.Wangun utama kegagalan konektor listrik kanggo kegagalan kontak, kegagalan kinerja: kontak ing break cepet lan resistance kontak mundhak.Kanggo konektor listrik, amarga anané resistance kontak lan resistance konduktor materi, nalika ana aliran saiki liwat konektor electrical, resistance kontak lan resistance konduktor materi logam bakal generate panas Joule, panas Joule bakal nambah panas, asil ing Tambah ing. suhu titik kontak, suhu titik kontak dhuwur banget bakal nggawe lumahing kontak saka softening logam, leleh utawa malah nggodhok, nanging uga nambah resistance kontak, mangkono micu Gagal kontak..Ing peran lingkungan suhu dhuwur, bagean kontak uga bakal katon kedadean penjilat, nggawe meksa kontak antarane bagean kontak mudun.Nalika meksa kontak suda kanggo ombone tartamtu, resistance kontak bakal nambah banget, lan pungkasanipun nimbulaké kontak electrical miskin, asil Gagal kontak.
Ing tangan liyane, konektor electrical ing panyimpenan, transportasi lan karya, bakal tundhuk macem-macem beban geter lan pasukan impact, nalika frekuensi eksitasi mbukak geter external lan konektor electrical cedhak frekuensi gawan, bakal nggawe resonansi konektor electrical. kedadean, asil ing longkangan antarane bêsik kontak dadi luwih gedhe, longkangan mundhak menyang ombone tartamtu, meksa kontak bakal ilang instantaneously, asil ing kontak electrical "break cepet".Ing getaran, beban kejut, konektor listrik bakal ngasilake kaku internal, nalika kaku ngluwihi kekuatan ngasilake materi, bakal nggawe karusakan materi lan fraktur;ing peran kaku long-term iki, materi uga bakal kelakon karusakan lemes, lan pungkasanipun nimbulaké Gagal.
2) Relay
Relay elektromagnetik umume kasusun saka inti, gulungan, armature, kontak, alang-alang lan liya-liyane.Anggere voltase tartamtu ditambahake kanggo loro ends saka kumparan, saiki tartamtu bakal mili ing kumparan, mangkono mrodhuksi efek elektromagnetik, armature bakal ngalahake pasukan elektromagnetik saka atraksi kanggo bali menyang spring narik inti, kang. ing siji drive kontak obah armature lan kontak statis (kontak biasane mbukak) kanggo nutup.Nalika coil dipateni, pasukan nyedhot elektromagnetik uga ilang, armature bakal bali menyang posisi asli ing pasukan reaksi spring, supaya kontak obah lan kontak statis asli (kontak biasane ditutup) nyedhot.Iki nyedhot lan release, mangkono entuk tujuan konduksi lan Cut mati ing sirkuit.
Mode utama kegagalan sakabèhé saka relay elektromagnetik yaiku: relay biasane mbukak, relay biasane ditutup, relay aksi spring dinamis ora nyukupi syarat, nutup kontak sawise paramèter listrik relay ngluwihi miskin.Amarga kekurangan proses produksi relay elektromagnetik, akeh kegagalan relay elektromagnetik ing proses produksi kanggo nyedhiyakake kualitas bebaya sing didhelikake, kayata periode relief stres mekanik sing cendhak banget, nyebabake struktur mekanik sawise deformasi bagian cetakan, mbusak residu ora kesel. asil ing test PIND gagal utawa malah Gagal, testing pabrik lan nggunakake screening ora ketat supaya Gagal saka piranti menyang nggunakake, etc. Lingkungan impact kamungkinan kanggo nimbulaké ewah-ewahan bentuk plastik kontak logam, asil ing Gagal relay.Ing desain peralatan ngemot relay, iku perlu kanggo fokus ing impact lingkungan adaptability kanggo nimbang.
2.2 Komponen gelombang mikro semikonduktor
Piranti semikonduktor gelombang mikro minangka komponen sing digawe saka bahan semikonduktor senyawa Ge, Si lan III ~ V sing beroperasi ing pita gelombang mikro.Iki digunakake ing peralatan elektronik kayata radar, sistem perang elektronik lan sistem komunikasi gelombang mikro.Kemasan piranti diskrit gelombang mikro saliyane nyedhiyakake sambungan listrik lan perlindungan mekanik lan kimia kanggo inti lan pin, desain lan pilihan omah uga kudu nimbang pengaruh parameter parasit omah ing karakteristik transmisi gelombang mikro piranti kasebut.Omah gelombang mikro uga minangka bagéan saka sirkuit, sing dadi sirkuit input lan output sing lengkap.Mulane, wangun lan struktur omah, ukuran, materi dielektrik, konfigurasi konduktor, lan sapiturute kudu cocog karo karakteristik gelombang mikro saka komponen lan aspèk aplikasi sirkuit.Faktor kasebut nemtokake paramèter kayata kapasitansi, resistensi timbal listrik, impedansi karakteristik, lan kerugian konduktor lan dielektrik saka omah tabung.
Mode kegagalan lan mekanisme komponen semikonduktor gelombang mikro sing cocog karo lingkungan utamane kalebu sink logam gerbang lan degradasi sifat resistif.Gate sink logam amarga difusi termal digawe cepet saka logam gerbang (Au) menyang GaAs, supaya mekanisme Gagal iki dumadi utamané sak tes urip digawe cepet utawa operasi suhu dhuwur banget.Laju difusi gerbang logam (Au) menyang GaAs minangka fungsi saka koefisien difusi bahan logam gerbang, suhu, lan gradien konsentrasi material.Kanggo struktur kisi sing sampurna, kinerja piranti ora kena pengaruh tingkat difusi sing alon banget ing suhu operasi normal, nanging tingkat difusi bisa dadi signifikan nalika wates partikel gedhe utawa ana akeh cacat permukaan.Resistor umume digunakake ing sirkuit terpadu monolithic gelombang mikro kanggo sirkuit umpan balik, nyetel titik bias piranti aktif, isolasi, sintesis daya utawa mburi kopling, ana rong struktur resistance: resistance film logam (TaN, NiCr) lan GaAs doped entheng. resistance lapisan tipis.Tes nuduhake yen degradasi resistensi NiCr sing disebabake kelembapan minangka mekanisme utama kegagalan kasebut.
2.3 Sirkuit terpadu hibrida
Sirkuit terpadu Sato Tradisional, miturut lumahing landasan saka tape guide film nglukis, proses tape guide film lancip dipérang dadi rong kategori film nglukis Sato sirkuit terpadu lan lancip film Sato sirkuit terpadu: tartamtu cilik dicithak sirkuit Papan (PCB) sirkuit, amarga sirkuit dicithak ing wangun film ing lumahing Papan warata kanggo mbentuk pola konduktif, uga diklasifikasikaké minangka sirkuit terpadu Sato.Kanthi munculé komponen multi-chip iki sirkuit terpadu hibrida majeng, sawijining landasan struktur kabel multi-lapisan unik lan teknologi proses liwat-bolongan, wis digawe komponen dadi sirkuit terpadu Sato ing struktur interconnect Kapadhetan dhuwur sinonim karo landasan digunakake. ing komponen multi-chip lan kalebu: film lancip multilayer, film nglukis multilayer, suhu dhuwur co-dipecat, suhu kurang co-dipecat, basis silikon, PCB multilayer landasan, etc.
Sato sirkuit terpadu mode Gagal kaku lingkungan utamané kalebu electrical mbukak Gagal sirkuit disebabake substrat cracking lan Gagal welding antarane komponen lan konduktor film nglukis, komponen lan konduktor film tipis, landasan lan omah.Dampak mekanis saka produk drop, kejut termal saka operasi soldering, tambahan kaku sing disebabake dening substrate warpage unevenness, lateral stress tensile saka termal mismatch antarane substrat lan omah logam lan bahan ikatan, mechanical stress utawa konsentrasi kaku termal disebabake cacat internal saka substrat, karusakan potensial disebabake ngebur landasan lan landasan nglereni retak mikro lokal, pungkasanipun mimpin kanggo kaku mechanical external luwih saka kekuatan mechanical gawan saka substrat Keramik sing Asil Gagal.
Struktur solder rentan kanggo tekanan siklus suhu sing bola-bali, sing bisa nyebabake kekeselen termal saka lapisan solder, sing nyebabake kekuwatan ikatan lan resistensi termal tambah.Kanggo kelas basis timah saka solder ductile, peran kaku siklik suhu ndadékaké kanggo lemes termal saka lapisan solder amarga koefisien expansion termal saka loro struktur disambungake dening solder punika inconsistent, punika deformasi pamindahan solder utawa deformasi nyukur, sawise bola-bali, lapisan solder karo expansion retak lemes lan extension, pungkasanipun anjog kanggo Gagal lemes saka lapisan solder.
2.4 Piranti diskrit lan sirkuit terpadu
Piranti diskrit semikonduktor dipérang dadi dioda, transistor bipolar, tabung efek lapangan MOS, thyristor lan transistor bipolar gerbang terisolasi kanthi kategori sing wiyar.Sirkuit terpadu nduweni macem-macem aplikasi lan bisa dipérang dadi telung kategori miturut fungsine, yaiku sirkuit terpadu digital, sirkuit terpadu analog lan sirkuit terpadu digital-analog campuran.
1) Piranti diskrèt
Piranti diskrit ana macem-macem jinis lan duwe kekhususan dhewe amarga fungsi lan proses sing beda-beda, kanthi bedane kinerja kegagalan sing signifikan.Nanging, minangka piranti dhasar sing dibentuk saka proses semikonduktor, ana persamaan tartamtu ing fisika gagal.Gagal utama sing ana hubungane karo mekanika eksternal lan lingkungan alam yaiku rusak termal, longsor dinamis, kegagalan solder chip lan kegagalan ikatan timbal internal.
Risak termal: Risak termal utawa risak sekunder minangka mekanisme kegagalan utama sing mengaruhi komponen daya semikonduktor, lan umume karusakan nalika digunakake ana gandhengane karo fenomena rusak sekunder.Rusak sekunder dipérang dadi risak sekunder bias maju lan risak sekunder bias mundur.Tilas utamane ana hubungane karo sifat termal piranti kasebut, kayata konsentrasi doping piranti, konsentrasi intrinsik, lan liya-liyane, dene sing terakhir ana hubungane karo perkalian longsoran operator ing wilayah muatan ruang (kayata cedhak kolektor), loro-lorone. sing tansah diiringi konsentrasi arus ing njero piranti.Ing aplikasi komponen kasebut, perhatian khusus kudu dibayar kanggo proteksi termal lan boros panas.
Longsor dinamis: Sajrone mati dinamis amarga pasukan eksternal utawa internal, fenomena ionisasi tabrakan sing dikontrol saiki sing kedadeyan ing njero piranti sing dipengaruhi konsentrasi operator bebas nyebabake longsor dinamis, sing bisa kedadeyan ing piranti bipolar, dioda lan IGBT.
Gagal solder chip: Alesan utama yaiku chip lan solder minangka bahan sing beda karo koefisien ekspansi termal sing beda, saengga ana ketidakcocokan termal ing suhu dhuwur.Kajaba iku, anané kekosongan solder nambah resistensi termal piranti kasebut, nggawe boros panas luwih elek lan mbentuk titik panas ing wilayah lokal, nambah suhu persimpangan lan nyebabake kegagalan sing gegandhengan karo suhu kayata electromigration.
Gagal ikatan timbal utama: utamane gagal karat ing titik ikatan, dipicu dening korosi aluminium sing disebabake dening tumindak uap banyu, unsur klorin, lan liya-liyane ing lingkungan semprotan uyah sing panas lan lembab.Pecah kesel saka ikatan aluminium sing disebabake dening siklus suhu utawa getaran.IGBT ing paket modul gedhe ing ukuran, lan yen wis diinstal ing cara sing ora bener, iku gampang banget kanggo nimbulaké konsentrasi kaku, asil fraktur lemes saka ndadékaké internal modul.
2) Sirkuit terpadu
Mekanisme kegagalan sirkuit terpadu lan panggunaan lingkungan nduweni hubungan sing apik, kelembapan ing lingkungan sing lembab, karusakan sing disebabake dening listrik statis utawa lonjakan listrik, panggunaan teks sing dhuwur banget lan panggunaan sirkuit terpadu ing lingkungan radiasi tanpa radiasi. penguatan resistensi uga bisa nyebabake kegagalan piranti kasebut.
Efek antarmuka sing ana gandhengane karo aluminium: Ing piranti elektronik kanthi bahan basis silikon, lapisan SiO2 minangka film dielektrik digunakake akeh, lan aluminium asring digunakake minangka bahan kanggo garis interkoneksi, SiO2 lan aluminium ing suhu dhuwur bakal dadi reaksi kimia, supaya lapisan aluminium dadi tipis, yen lapisan SiO2 wis entek amarga konsumsi reaksi, bakal nimbulaké kontak langsung antarane aluminium lan silikon.Kajaba iku, kabel timbal emas lan garis sambungan aluminium utawa kabel ikatan aluminium lan ikatan kabel timbal sing dilapisi emas saka cangkang tabung, bakal ngasilake kontak antarmuka Au-Al.Amarga potensial kimia beda saka rong logam iki, sawise nggunakake long-term utawa panyimpenan ing suhu dhuwur ndhuwur 200 ℃ bakal gawé macem-macem senyawa intermetallic, lan amarga pancet kisi lan koefisien expansion termal beda, ing titik iketan ing. kaku gedhe, konduktivitas dadi cilik.
Metallization corrosion: Garis sambungan aluminium ing chip rentan kanggo karat dening uap banyu ing lingkungan panas lan lembab.Amarga rega offset lan produksi massal gampang, akeh sirkuit terpadu sing encapsulated karo resin, Nanging, beluk banyu bisa nembus resin kanggo tekan interconnects aluminium, lan impurities digawa saka njaba utawa dipun bibaraken ing resin tumindak karo aluminium metallic kanggo nimbulaké. korosi saka sambungan aluminium.
Efek delaminasi sing disebabake dening uap banyu: IC plastik yaiku sirkuit terpadu sing dibungkus plastik lan bahan polimer resin liyane, saliyane efek delaminasi ing antarane bahan plastik lan pigura logam lan chip (umum dikenal minangka efek "popcorn"), amarga materi resin nduweni karakteristik adsorpsi uap banyu, efek delaminasi sing disebabake adsorpsi uap banyu uga bakal nyebabake piranti gagal..Mekanisme gagal yaiku ekspansi banyu kanthi cepet ing materi sealing plastik ing suhu dhuwur, supaya pamisahan antarane plastik lan lampiran bahan liyane, lan ing kasus serius, awak sealing plastik bakal bledosan.
2.5 Komponen resistif kapasitif
1) Resistor
Resistor non-gulungan umum bisa dipérang dadi patang jinis miturut macem-macem bahan sing digunakake ing awak resistor, yaiku jinis campuran, jinis film, jinis film kandel lan jinis sintetik.Kanggo resistor tetep, mode kegagalan utama yaiku sirkuit mbukak, drift parameter listrik, lan liya-liyane;nalika kanggo potentiometers, mode Gagal utama mbukak sirkuit, parameter electrical drift, Tambah gangguan, etc. Lingkungan nggunakake uga bakal mimpin kanggo tuwa resistor, kang wis impact gedhe ing gesang peralatan elektronik.
Oksidasi: Oksidasi awak resistor bakal nambah nilai resistance lan faktor paling penting nyebabake tuwa resistor.Kajaba awak resistor sing digawe saka logam mulia lan wesi, kabeh bahan liyane bakal rusak amarga oksigen ing udara.Oksidasi minangka efek jangka panjang, lan nalika pengaruh faktor liyane mboko sithik, oksidasi bakal dadi faktor utama, lan lingkungan suhu lan kelembapan sing dhuwur bakal nyepetake oksidasi resistor.Kanggo resistor tliti lan resistor nilai resistensi dhuwur, langkah dhasar kanggo nyegah oksidasi yaiku proteksi sealing.Bahan sealing kudu dadi bahan anorganik, kayata logam, keramik, kaca, lan liya-liyane. Lapisan protèktif organik ora bisa nyegah permeabilitas kelembapan lan permeabilitas udara, lan mung bisa nundha peran ing oksidasi lan adsorpsi.
Penuaan binder: Kanggo resistor sintetik organik, penuaan binder organik minangka faktor utama sing mengaruhi stabilitas resistor.Binder organik utamane resin sintetik, sing diowahi dadi polimer thermosetting sing dipolimerisasi kanthi perawatan panas sajrone proses manufaktur resistor.Faktor utama sing nyebabake penuaan polimer yaiku oksidasi.Radikal bebas sing diasilake dening oksidasi nyebabake engsel ikatan molekul polimer, sing luwih ngobati polimer lan ndadekake polimer kasebut rapuh, sing nyebabake ilang elastisitas lan karusakan mekanis.Curing saka binder nyebabake resistor kanggo nyilikake volume, nambah tekanan kontak antarane partikel konduktif lan mudun resistance kontak, asil ing nyuda resistance, nanging karusakan mechanical kanggo binder uga mundhak resistance.Biasane ngruwat binder ana sadurunge, karusakan mechanical ana sawise, supaya Nilai resistance saka resistor tiron organik nuduhake pola ing ngisor iki: sawetara nolak ing awal tataran, banjur nguripake kanggo nambah, lan ana gaya nambah.Wiwit tuwa polimer ana hubungane karo suhu lan cahya, resistor sintetik bakal nyepetake penuaan ing lingkungan suhu dhuwur lan cahya cahya sing kuwat.
Tuwa ing beban listrik: Nglamar beban menyang resistor bakal nyepetake proses penuaan.Ing beban DC, aksi elektrolitik bisa ngrusak resistor film tipis.Elektrolisis occurs antarane slot saka resistor slotted, lan yen landasan resistor Keramik utawa materi kaca ngemot ion logam alkali, gerakan ion ing tumindak saka kolom listrik antarane slot.Ing lingkungan sing lembab, proses iki luwih ganas.
2) Kapasitor
Mode kegagalan kapasitor yaiku sirkuit cendhak, sirkuit mbukak, degradasi paramèter listrik (kalebu owah-owahan kapasitas, nambah tangent sudut mundhut lan nyuda resistensi insulasi), bocor cairan lan rusak korosi timbal.
Sirkuit cendhak: Busur mabur ing pojok antarane kutub ing suhu dhuwur lan tekanan udara sing kurang bakal nyebabake sirkuit cendhak kapasitor, saliyane, stres mekanik kayata kejut eksternal uga bakal nyebabake sirkuit cendhak dielektrik.
Sirkuit mbukak: Oksidasi kabel timbal lan kontak elektroda sing disebabake dening lingkungan sing lembab lan panas, nyebabake tingkat ora bisa diakses lan fraktur karat saka foil timbal anoda.
Degradasi paramèter listrik: Degradasi paramèter listrik amarga pengaruh lingkungan sing lembab.
2.6 Papan-tingkat sirkuit
Papan sirkuit dicithak utamané dumadi saka substrat insulating, kabel logam lan nyambungake lapisan kabel sing beda-beda, komponen solder "bantalan".Peran utama yaiku nyedhiyakake operator kanggo komponen elektronik, lan muter peran sambungan listrik lan mekanik.
Mode Gagal papan sirkuit dicithak utamané kalebu soldering miskin, mbukak lan short circuit, blistering, bledosan delamination Papan, Papan karat lumahing utawa discoloration, Papan mlengkung.
Wektu kirim: Nov-21-2022