元器件可靠性培訓(xùn)

1、電子元器件的可靠性電子元器件的可靠性-2013年12月 目錄目錄 1.可靠性的概論 2.可靠性試驗(yàn)的分類 3.元器件試驗(yàn)的方法與設(shè)備 4.失效模式與失效機(jī)理 5.失效分析1.1什么是可靠性？ 可靠性定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。 該定義明確指出評價(jià)一個(gè)產(chǎn)品的可靠性，與規(guī)定的工作條件和規(guī)定的工作時(shí)間有關(guān)，也與規(guī)定產(chǎn)品應(yīng)完成的功能有關(guān)。 而 “三個(gè)規(guī)定”是理解可靠性概念的核心。 “產(chǎn)品”：新版ISO9000中定義的硬件和流程性材料等有形產(chǎn)品以及軟件等無形產(chǎn)品。 在這里，我只把“產(chǎn)品”定義縮小為零件，元器件，部件，設(shè)備或系統(tǒng)。 規(guī)定的工作條件：指產(chǎn)品工作時(shí)所處的環(huán)境條件

2、、負(fù)荷條件和工作方式。 1可靠性概念可靠性概念 1可靠性概念可靠性概念 環(huán)境條件一般分為氣候環(huán)境和機(jī)械環(huán)境。負(fù)荷條件是指電子元器件所承受的電、熱、力等應(yīng)力的條件。工作方式一般分為連續(xù)工作或間斷工作，不工作的情況屬于存貯狀態(tài)。 n氣候環(huán)境：溫度、濕度、氣壓、鹽霧、霉菌、輻射等n機(jī)械環(huán)境：振動(dòng)，沖擊，碰撞、跌落、離心、搖擺等n電應(yīng)力：靜電，浪涌，過電壓，過電流，噪聲n溫度應(yīng)力：高溫，低溫，溫度循環(huán) 規(guī)定的時(shí)間：規(guī)定的時(shí)間：“規(guī)定的時(shí)間規(guī)定的時(shí)間”是指評價(jià)電子元器件的可靠是指評價(jià)電子元器件的可靠性和規(guī)定的時(shí)間有關(guān)?？煽啃员旧砭褪菚r(shí)間的函數(shù)，要保性和規(guī)定的時(shí)間有關(guān)?？煽啃员旧砭褪菚r(shí)間的函數(shù)，要保持電子

3、元器件全部性能處于良好的工作狀態(tài)，時(shí)間長比時(shí)持電子元器件全部性能處于良好的工作狀態(tài)，時(shí)間長比時(shí)間短更困難。在同一工作條件下，保持的時(shí)間越長可靠性間短更困難。在同一工作條件下，保持的時(shí)間越長可靠性越高。所以，在討論電子元器件可靠性時(shí)，必須指明在多越高。所以，在討論電子元器件可靠性時(shí)，必須指明在多長時(shí)間內(nèi)的可靠性。長時(shí)間內(nèi)的可靠性。n平均壽命：元器件n平均故障間隔時(shí)間（MTBF)：整機(jī)設(shè)備1可靠性概念可靠性概念 1可靠性概念可靠性概念1.21.2可靠性試驗(yàn)的目的可靠性試驗(yàn)的目的 可靠性試驗(yàn)是對產(chǎn)品進(jìn)行可靠性調(diào)查、分析和評價(jià)的一種手段。試驗(yàn)結(jié)果為故障分析、研究采取的糾正措施、判斷產(chǎn)品是否達(dá)到指標(biāo)要求

4、提供依據(jù)。具體目的有：(1) 發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、元器件、零部件、原材料和工藝等方面的各種缺陷；(2) 為改善產(chǎn)品的完好性、提高任務(wù)成功性、減少維修人力費(fèi)用和保障費(fèi)用提供信息； (3) 確認(rèn)是否符合可靠性定量要求。1可靠性概念可靠性概念1.31.3可靠性常用術(shù)語和主要特征量可靠性常用術(shù)語和主要特征量 可靠性是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)，只是定性描述就顯得不夠，必須使數(shù)量化，這樣才能進(jìn)行精確的描述和比較?？煽啃缘亩勘硎居衅渥约旱奶攸c(diǎn)，由于使用場合的不同，還難用一個(gè)特征量來完全代表。 可靠度R或可靠度函數(shù)R(t) 產(chǎn)品的可靠度是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功率的功率. 假設(shè)規(guī)定的時(shí)間為t,產(chǎn)品的

5、壽命為T,在一批產(chǎn)品中的壽命有毒Tt,也有的 Tt,從概率論角度可將可靠度表示為Tt的概率，即R(t)=P(Tt) 1可靠性概念可靠性概念 在數(shù)值上，某個(gè)事件的概率可以用試驗(yàn)中的該事件發(fā)生的頻率來估計(jì)。例如取N0個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，若在規(guī)定的時(shí)間t內(nèi)有r(t)個(gè)產(chǎn)品失效，則此時(shí)還有N0-r(t)個(gè)產(chǎn)品可以完成規(guī)定的功能。在N0足夠大時(shí)，可靠度的估計(jì)值為 r(t)N0-1=N0N0-r(t)R(t)=0R(t)1 從可靠度的定義可知，可靠度是對一定的時(shí)間而言的，如果規(guī)定時(shí)間的不同，可靠度的數(shù)值也不同。因此，可靠度R是時(shí)間t的函數(shù)，固又稱為可靠度函數(shù)R(t)。1可靠性概念可靠性概念可靠度與時(shí)間的關(guān)系曲

6、線如圖1-21可靠性概念可靠性概念 累積失效概率F F（t t） 累積失效概率是產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)失效的概率，其值等于1減可靠度。也可說產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完不成規(guī)定功能的概率，故也稱為不可靠度，它同樣是時(shí)間的函數(shù)，記作F F（t t）。有時(shí)也稱為累積失效分布函數(shù)（簡稱失效分布函數(shù)）。其表示式為：F(t)=P(Tt)=1P(Tt)=1R(t)從上述定義可以得出：F F（0 0）=0=0，F(xiàn) F（）=1=1。1可靠性概念可靠性概念 由此可見，R（t）和F（t）互為對立事件。失效分布函數(shù)F（t）與時(shí)間關(guān)系曲線如圖1-4所示。0t1.0F(t)1可靠性概念可靠性概念 失效概率密度失效概

7、率密度f f（t t） 失效概率密度是累積失效概率對時(shí)間的變化率，記作f f（t t）。它表示產(chǎn)品壽命落在包含t t的單位時(shí)間內(nèi)的概率，即產(chǎn)品在單位時(shí)間內(nèi)失效的概率。其表示式為:)()()(tFdttdFtftdttftF0)()(即即1可靠性概念可靠性概念 失效率(t)(t) 失效率是工作到某時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。記作(t)(t)，稱為失效率函數(shù)，有時(shí)也稱為故障率函數(shù)。 按上述定義，失效率是在時(shí)刻t t 尚未失效的產(chǎn)品在tt+ttt+t 的單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的條件概率，即： )Tt(1lim)(ttTtPtt0t(t)(t)反映t t 時(shí)刻失效的速率，故也稱

8、為瞬時(shí)失效率。)()()(tTPttTtPtTttTtP所以式（1-91-9）變?yōu)椋海?-91-9）)(1)()()()()()()(00tRdttdFttRtFttFlinttTPttTtPlinttt2.可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)的分類2.12.1電子元器件的失效規(guī)律 每個(gè)電子元器件的失效雖然是個(gè)隨機(jī)事件，是偶然發(fā)生的，但是大量元器件的失效卻呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。從產(chǎn)品的壽命特征來分析，大量使用和試驗(yàn)結(jié)果表明，電子元器件的失效率曲線符合“浴盆曲線”，可以劃分為三段：早期失效段、恒定（隨機(jī)或偶然）失效段、耗損失效段。右圖 失效率 2.可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)的分類 早期失效失效段 早期失效段

9、，也稱早期故障階段。早期失效出現(xiàn)在產(chǎn)品壽命的較早時(shí)期，產(chǎn)品裝配完成即進(jìn)入早期失效期，其特點(diǎn)是故障率較高，且隨工作時(shí)間的增加迅速下降。早期故障主要是由于制造工藝缺陷和設(shè)計(jì)缺陷暴露產(chǎn)生，例如原材料缺陷引起絕緣不良，焊接缺陷引起虛焊，裝配和調(diào)整不當(dāng)引起參數(shù)漂移，元器件缺陷引起性能失效等。早期失效可通過加強(qiáng)原材料和元器件的檢驗(yàn)、工藝檢驗(yàn)、不同級別的環(huán)境應(yīng)力篩選等嚴(yán)格的質(zhì)量管理措施加以暴露和排除。2.可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)的分類 偶然失效期 偶然失效期是在早期失效期之后, 此階段是電子元器件的正常工作期, 其特點(diǎn)是失效率比早期失效率低得多, 而且穩(wěn)定, 失效率幾乎與時(shí)間無關(guān), 近似為一常數(shù)。電子元器

10、件的使用壽命就是指這一時(shí)期。這一時(shí)期的失效是由偶然不確定因素所引起的, 失效發(fā)生的時(shí)間也是隨機(jī)的。 耗損失效期 電子元器件工作的后期稱為耗損失效期, 此階段的特點(diǎn)剛好與早期失效期相反, 失效率隨工作時(shí)間增加而迅速上升。耗損失效是由于元器件長期使用而產(chǎn)生的損耗、磨損、老化、疲勞等原因所引起的, 是電子元器件的壽命終結(jié)。 在實(shí)際中元器件不一定都會(huì)出現(xiàn)上述的三個(gè)階段, 在成批的電子元器件中, 有些元器件的失效率曲線是遞增型、有些是遞減型, 而有些則是常數(shù)型, 如圖所示。浴盆曲線可看成是三種失效率曲線的疊加合成。2.可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)的分類L(t)t失效率曲線常數(shù)遞增型遞減型2.可靠性試驗(yàn)的分

11、類可靠性試驗(yàn)的分類2.22.2可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目的分類可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目的分類 可靠性篩選 定義：在產(chǎn)品制造過程中，將不符合要求的產(chǎn)品（包括成品、半成品）剔除，而將符合要求的產(chǎn)品保留下來的試驗(yàn)過程稱為篩選。 注意在產(chǎn)品制造過程中，對各種工藝質(zhì)量的檢驗(yàn)，成品、半成品的性能參數(shù)測試都要進(jìn)行篩選。 目的：篩選目的是為剔除早期失效的產(chǎn)品。2.可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)的分類篩選應(yīng)注意的問題： 可靠性篩選可以提高一批產(chǎn)品使用的可靠性，但并不能提高每一個(gè)產(chǎn)品的固有可靠性，因?yàn)楹Y選不能改變失效機(jī)理而延長任何單個(gè)元器件的壽命，它只是剔除早期失效的產(chǎn)品后使剩下產(chǎn)品的平均壽命比篩選前平均壽命提高了。 篩選不同于質(zhì)量驗(yàn)收。

12、質(zhì)量驗(yàn)收是通過抽樣檢驗(yàn)判定一批產(chǎn)品是否合格從而決定接收或拒收，而篩選是對于合格產(chǎn)品100%地進(jìn)行試驗(yàn)，以剔除早期失效產(chǎn)品。 篩選應(yīng)力要選擇好，不要對好產(chǎn)品造成損傷。2.可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)的分類常用篩選方法檢查篩選 包括顯微鏡檢查篩選，紅外線非破壞性檢查篩選，x x射線非破壞性檢查篩選密封性篩選： 液浸檢漏篩選，濕度試驗(yàn)篩選環(huán)境應(yīng)力篩選 振動(dòng)，離心加速度，沖擊，溫度循環(huán)等。壽命篩選 高溫貯存，功率老化等2.可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)的分類2.3環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn) 原理：環(huán)境應(yīng)力篩選是通過向電子裝備施加合理的環(huán)境應(yīng)力和電應(yīng)力，將其內(nèi)部的潛在缺陷加速變成故障，以便人們發(fā)現(xiàn)并排除。 環(huán)境應(yīng)力篩選

13、是裝備研制生產(chǎn)的一種工藝手段，篩選效果取決于施加的環(huán)境應(yīng)力、電應(yīng)力水平和檢測儀表的能力。施加應(yīng)力的大小決定了能否將潛在的缺陷在預(yù)定時(shí)間內(nèi)加速變?yōu)楣收?；檢測能力的大小決定了能否將已被應(yīng)力加速變成故障的潛在缺陷找出來，以便加以排除。因此，環(huán)境應(yīng)力篩選又可看作是產(chǎn)品質(zhì)量控制檢查和測試過程的延伸。gg661031022.可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)的分類篩選項(xiàng)目篩選項(xiàng)目目的目的篩選條件篩選條件溫度循環(huán)溫度循環(huán)查找材料熱匹配差等缺陷剔除經(jīng)受不住溫度循環(huán)的產(chǎn)品檢測系統(tǒng)的溫度可靠性溫度：-55125循環(huán)次數(shù)：510次熱沖擊熱沖擊查找材料熱匹配差等缺陷剔除經(jīng)受不住熱沖擊的產(chǎn)品檢測散熱效果溫度：0125機(jī)械沖擊機(jī)

14、械沖擊查找間歇短路、開路現(xiàn)象剔除經(jīng)受不住極端機(jī)械沖擊的產(chǎn)品加速度：15006000g沖擊次數(shù)：510次振動(dòng)加速度振動(dòng)加速度查找焊接不牢固，包括虛焊、漏焊等固定不牢固缺陷振動(dòng)加速度：20g離心加速度離心加速度查找元器件鍵合不牢固焊接不牢固、貼片安裝不合理內(nèi)部引線不合理等缺陷隨機(jī)振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)查找不能經(jīng)受諧振頻率的產(chǎn)品諧振時(shí)候?qū)﹄娐沸盘柕挠绊戭l率：2Hz2000Hz加速度：220g2.可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)的分類2.4壽命試驗(yàn)和加速壽命試驗(yàn) 壽命試驗(yàn)的定義 評價(jià)分析產(chǎn)品壽命特征的試驗(yàn)。產(chǎn)品的失效率、平均壽命等可靠性特征量反映了產(chǎn)品的壽命特征。 壽命試驗(yàn)的作用 了解產(chǎn)品壽命分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律以作為可靠

15、性分析的基礎(chǔ)，作為制定篩選條件和改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)。 壽命試驗(yàn)的分類 按試驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間分：長期壽命試驗(yàn)和加速壽命試驗(yàn) 按欲測定各階段可靠性可分為：貯存壽命試驗(yàn)和工作壽命試驗(yàn) 按進(jìn)行試驗(yàn)的截尾方式可分為：非截尾試驗(yàn)和截尾試驗(yàn)，截尾試驗(yàn)又分為定數(shù)截尾和定時(shí)截尾。2.可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)的分類 各類壽命試驗(yàn)的定義或含義 長期壽命試驗(yàn)：模仿正常工作應(yīng)力進(jìn)行的壽命試驗(yàn)，該試驗(yàn)需要較長的時(shí)間。 加速壽命試驗(yàn)：是在既不改變產(chǎn)品的失效機(jī)理又不增加新的失效因子的前提下，提高試驗(yàn)應(yīng)力，加速產(chǎn)品失效進(jìn)程的一種試驗(yàn)試法。這種試驗(yàn)可以用較短的時(shí)間快速的評價(jià)產(chǎn)品的可靠性。 具體又分為恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)、步進(jìn)應(yīng)力加

16、速壽命試驗(yàn)、序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)。 2.可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)的分類 貯存壽命試驗(yàn)：產(chǎn)品在規(guī)定的環(huán)境條件下進(jìn)行非工作狀態(tài)的存放試驗(yàn)。 通過貯存試驗(yàn)可以了解產(chǎn)品在特定環(huán)境條件下的貯存可靠性。如解決貯存期間的參數(shù)變化規(guī)律，能否保持原有的可靠性指標(biāo)，貯存期可多長等。 注意： a.貯存條件根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際貯存情況可有室內(nèi)，棚下、露天、坑道等。 b.由于貯存試驗(yàn)樣品處于非工作狀態(tài)，失效率較低，通常要選擇較多的樣品做較長期的觀察測量。 工作壽命試驗(yàn):對產(chǎn)品有規(guī)定條件下（保證工作狀態(tài)）作加負(fù)荷的試驗(yàn)。2.可靠性試驗(yàn)的分類可靠性試驗(yàn)的分類 非截尾壽命試驗(yàn):試驗(yàn)一直進(jìn)行到全部試驗(yàn)樣品都失效才截止的試驗(yàn)。 截尾

17、壽命試驗(yàn)：試驗(yàn)沒有進(jìn)行到全部試驗(yàn)樣品都失效就截止的試驗(yàn)。 a a.定時(shí)截尾：試驗(yàn)進(jìn)行到規(guī)定的時(shí)間就結(jié)束。 b.b.試驗(yàn)進(jìn)行到規(guī)定的失效數(shù)就結(jié)束。3.元器件試驗(yàn)的方法與設(shè)備元器件試驗(yàn)的方法與設(shè)備工作壽命高溫儲存機(jī)械沖擊變頻振動(dòng)振動(dòng)疲勞耐濕試驗(yàn)功率老化X射線檢查細(xì)檢漏粗檢漏離心加速度溫度循環(huán)密封性不良管殼缺陷制造錯(cuò)誤芯片裂紋氧化層缺陷金屬化缺陷布線缺陷芯片管座鍵合不當(dāng)鍵合位置不當(dāng)鍵合松動(dòng)或斷開反型層溝道導(dǎo)通封裝前鏡檢失效機(jī)理試驗(yàn)項(xiàng)目00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000003.1元器

18、件的篩選元器件的篩選3.元器件試驗(yàn)的方法與設(shè)元器件試驗(yàn)的方法與設(shè)備備 元器件篩選的方法概述 電阻：高壓蒸煮2小時(shí)，加電兩小時(shí)，循環(huán)兩小時(shí)；測試阻值漂移小于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 貼片電容：濕熱試驗(yàn)、溫度循環(huán) 電解電容：高溫加脈沖電壓100小時(shí)；測試正切損耗角、漏電流、容值，目測漏液、外殼 塑封器件：濕熱加電，測試漏電流；溫度沖擊或爐溫試驗(yàn)功能測試，I-V測試； 空封器件：溫度循環(huán)，低溫監(jiān)測漏電；溫度沖擊，全參數(shù)測試3.元器件試驗(yàn)的方法與設(shè)備元器件試驗(yàn)的方法與設(shè)備 試驗(yàn)方法 元器件外觀檢查破壞性檢驗(yàn)：如開帽目檢，打開封裝目視檢查，芯片剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，變頻振動(dòng)試驗(yàn)可焊性試驗(yàn)外引線抗拉試驗(yàn)：適用于電阻、電容、電感

19、、二極管、插座。外引線抗彎試驗(yàn)外引線抗扭矩試驗(yàn):目的密封試驗(yàn):恒定濕熱試驗(yàn): 交變濕熱試驗(yàn) 老練試驗(yàn) 鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)案例：整流二極管是篩選確定篩選程序 高溫儲存高溫儲存 溫度沖擊溫度沖擊常溫測試常溫測試檢檢漏漏 高溫測反向漏電流高溫測反向漏電流 跌落跌落功率老化功率老化外檢檢查外檢檢查3.元器件試驗(yàn)的方法與設(shè)備元器件試驗(yàn)的方法與設(shè)備3.元器件試驗(yàn)的方法與設(shè)備元器件試驗(yàn)的方法與設(shè)備l 高溫儲存儲存溫度：150（+10，-0）；儲存時(shí)間：96小時(shí)l 溫度沖擊要求-55（+0，-10）150（+10，-0）l 跌落高度1m處自由下落10次l 功率老化在常溫下（232），按額定電流老化。l 高溫測反向漏

20、電流試驗(yàn)溫度要求1002，恒溫時(shí)間30分鐘l 常溫測試按常規(guī)測試進(jìn)行測試。4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理4.1概述 失效（故障）： 產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能。 失效模式：失效或故障的形式。 失效模式的分類 按失效模式的持續(xù)性分類：致命性失效、間隙失效、緩慢退化 按失效時(shí)間分類：早期失效、隨機(jī)失效、磨損失效 按電測結(jié)果分類：開路、短路或漏電、參數(shù)漂移、功能失效等 按失效原因分類：過電失效、機(jī)械失效、熱失效等4.2失效機(jī)理的內(nèi)容 輻射對電子元器件的影響 參數(shù)漂移、軟失效 氣候環(huán)境因素與失效氣候環(huán)境因素與失效4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理氣候環(huán)境因素失效雨、露、霧電子功能的失效和保護(hù)膜

21、損壞灰塵加速材料裂化，破裂和疲勞增大磨損，機(jī)械卡死，軸承損壞電氣性能變化產(chǎn)生電噪聲降低材料的絕緣性能鹽霧增大磨損，機(jī)械強(qiáng)度下降，電氣性能變化，絕緣材料腐蝕產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變差濕度加速氧化、蝕刻以及引起材料脆化和粗糙物理性能下降，電強(qiáng)度降低，絕緣電阻降低，介電常數(shù)增大機(jī)械強(qiáng)度下降，電氣性能下降，增大絕緣體的導(dǎo)電性4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理陽光照射引起顏色退色、材料彈性降低、產(chǎn)品內(nèi)部溫度上升而老化表面特征下降、膨脹、龜裂、折皺、破裂橡膠、塑料變質(zhì)，電氣性能變化絕緣失效、密封失效、材料失效、參數(shù)臭氧高溫電阻值變化，絕緣失效接觸點(diǎn)接觸電阻增大，金屬材料表面電阻增大橡膠、塑料裂紋和

22、膨脹元器件損壞，錫焊開裂，焊點(diǎn)脫開喪失潤滑特性低溫喪失潤滑特性電氣機(jī)械功能變化，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度減弱，導(dǎo)線破損，橡膠變質(zhì)結(jié)構(gòu)失效，增大活動(dòng)件的磨損，襯墊、密封墊彈性失效，引起泄露，機(jī)械卡死，結(jié)構(gòu)過載鋁電解電容破損，晶振不起振，電池容量降低溫度沖擊材料的突然過載導(dǎo)致機(jī)械失效，結(jié)構(gòu)失效和強(qiáng)度下降，密封破壞，電子元器件封裝損壞4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理高低氣壓容器破裂，爆裂膨脹。電氣性能變化，機(jī)械強(qiáng)度下降絕緣擊穿，跳弧、出現(xiàn)電暈放電現(xiàn)象和產(chǎn)生臭氧，電氣設(shè)備工作不穩(wěn)定甚至發(fā)生故障，設(shè)備溫度升高氣體金屬腐蝕，電子遷移，加速氧化電氣或機(jī)械性能變化，機(jī)械強(qiáng)度下降，影響功能振動(dòng)晶體管外引線、固體電路管腳

23、、導(dǎo)線折斷金屬結(jié)構(gòu)件斷裂、變形、結(jié)構(gòu)失效繼電器、開關(guān)瞬間斷開，電子插件性能下降，粘層、鍵合電脫開，電路瞬間短路、開路沖擊結(jié)構(gòu)失效、電子設(shè)備瞬間短路、開路電路中連接和固定設(shè)備的松動(dòng) 應(yīng)力引發(fā)的失效模式4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理應(yīng)力類型試驗(yàn)方法可能出現(xiàn)的主要失效模式或機(jī)理電應(yīng)力靜電、過電mosmos器件的柵擊穿、雙極型器件的pn結(jié)擊穿、功率晶體管的二次擊穿熱應(yīng)力高溫儲存pnpn結(jié)漏電、Au-AlAu-Al鍵合失效低溫應(yīng)力低溫儲存芯片斷裂低溫電應(yīng)力低溫工作熱載流子注入高低溫應(yīng)力高低溫循環(huán)金屬電遷移、歐姆接觸退化機(jī)械應(yīng)力振動(dòng)、沖擊、加速度芯片斷裂、引線斷裂輻射應(yīng)力X射線輻射、中子輻射電參

24、數(shù)變化、CMOSCMOS電路閂鎖效應(yīng)氣候應(yīng)力高濕、鹽霧外引線腐蝕、金屬化腐蝕、電參數(shù)漂移4.2各種元器件失效模式及機(jī)理各種元器件失效模式及機(jī)理類型主要失效模式典型的近似比例（百分比）微電路數(shù)字邏輯高后低時(shí)輸出中斷不工作80802020線性參數(shù)漂移無輸出超過最大輸出202070701010晶體管低增益開路短路高泄露集流器基底2020303020203030二極管整流器短路開路高反向電流1010202070704.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理類型主要失效模式典型的近似比例（百分比）電容器短路開路泄漏過多參數(shù)改變6060202010101010電阻器薄

25、膜固定式開路參數(shù)改變30307070合成固定式開路參數(shù)改變10109090可變式開路間歇的噪音參數(shù)改變3030101010105050繼電器無轉(zhuǎn)換間歇的短路202070701010焊接連接器開路短路間歇的505020201010 電阻器l 使用中失效模式其分布4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理阻值超差44%引線斷22%引線過短16%外殼損傷10%殼體破碎5%其它3%阻值超差引線斷引線過短外殼損傷殼體破碎其它l 阻值漂移 長時(shí)間的使用可能會(huì)導(dǎo)致電阻老化發(fā)生電阻變化。l 開路l 溫度系數(shù)變化、絕緣下降l 電化學(xué)腐蝕 電容器l 使用中失效模式其分布4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理開路3

26、0%引線過短19%參數(shù)漂移18%短路12%漏流9%殼體破裂6%外觀不合格3%其它3%開路引線過短參數(shù)漂移短路漏流殼體破裂外觀不合格其它4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理l 鋁電解電容a) 鋁電解電容常見的失效模式 短路、開路、電參數(shù)性能劣化、防爆閥開裂、漏液b) 電解電容的失效機(jī)理 漏液：電容減小；陽極氧化膜損傷難以修補(bǔ)，漏電流增大； 短路放電：大電流燒壞電極； 電源反接:大電流燒壞電極，陰極氧化，絕緣膜增厚，電容量下降； 長期放置：不通電，陽極氧化膜損傷難以修補(bǔ)，漏電流增大4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理c) 鋁電解電容失效原因 過電壓：電介質(zhì)擊穿，嚴(yán)重時(shí)會(huì)起火； 反壓現(xiàn)象：嚴(yán)

27、重時(shí)會(huì)爆炸起火； 文波電流過大：內(nèi)部溫升過高，介質(zhì)遭到破壞，電解液干凅，壽命縮短； 過高的環(huán)境溫度：導(dǎo)致材料性能的蛻變或劣化，電解液揮發(fā)，壽命縮短； 不適當(dāng)?shù)暮附記_擊； 機(jī)械應(yīng)力引起的失效； 引腳間距與PCB板間距不匹配造成外應(yīng)力損傷； 沖擊和振動(dòng)造成的機(jī)械應(yīng)力損傷； 單板加工時(shí)電容內(nèi)部受傷4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理l 金屬化薄膜電容的失效模式 過高的環(huán)境溫度，直接破壞電容器的介質(zhì)膜； 長期的高溫環(huán)境，加速薄膜材料的老化，使器件絕緣，耐壓能力下降； 高紋波電流引起的發(fā)熱，對電容器造成絕緣，耐壓能力下降；l 陶瓷電容的失效模式 電致開裂、熱致開裂、機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生裂紋 絕緣電阻下降而漏

28、電流上升直至擊穿。 電容器使用電壓和溫度應(yīng)力影響電容器的壽命（失效率），同時(shí)也影響電容量、絕緣電阻、介電強(qiáng)度等。 電路板彎曲引起芯片斷裂，漏電流增大； 銀遷移引起邊緣漏電和介質(zhì)內(nèi)部漏電。4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理銀銀-鈀端子陶瓷電容鈀端子陶瓷電容結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖失效圖失效圖 分立半導(dǎo)體器件定義：電子產(chǎn)品根據(jù)其導(dǎo)電性能分為導(dǎo)體和絕緣體半導(dǎo)體介于導(dǎo)體和絕緣體之間,半導(dǎo)體元器件以封裝形式又分為“分立”和“集成”如：二極管、三極管、晶體管等。l 使用中的失效模式及分布4.失效模式與失效機(jī)失效模式與失效機(jī)理理開路35%參數(shù)漂移28%殼體破碎17%短路15%漏氣4%其它1%4.失效模式與失效機(jī)理

29、失效模式與失效機(jī)理l 功率二極管定義：額定電流大于等于1A的二極管器件，包括整流二極管、快速恢復(fù)二極管、肖特基二極管。失效模式： 反向電壓超過額定值導(dǎo)致的電壓擊穿； 正向電流超過額定值及功耗超過額定值導(dǎo)致二極管結(jié)溫度過高，造成芯片燒毀、封裝體破壞； 浪涌電流和峰值電流超過額定值導(dǎo)致芯片和內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞l 信號二極管定義：額定電流小于1A的二極管器件，包括肖特基二極管和開關(guān)二極管。失效模式： 反向電壓超過額定值導(dǎo)致的電壓擊穿； 正向電流超過額定值造成芯片損壞、內(nèi)部引線熔斷； 器件功耗過大及熱引起的芯片損壞和特性退化。4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理l 穩(wěn)壓二極管定義：工作在反向擊穿狀態(tài)并保

30、持二極管兩端電壓穩(wěn)定，適用于控制電路中，做電壓基準(zhǔn)或電壓鉗位。失效模式： 有瞬間工作電流過大導(dǎo)致芯片燒毀； 長期功耗過大或散熱不良導(dǎo)致過熱損壞； 使用時(shí)對參數(shù)選取不合理，也會(huì)造成電路工作不正。l TVS瞬態(tài)電壓抑制器 瞬間吸收的功率超過額定值導(dǎo)致的芯片燒毀； 長期功耗耗過大或散熱不良導(dǎo)致過熱損壞； 性能退化 除TVS器件自身失效外，應(yīng)用不當(dāng)還會(huì)造成電路的異?；蚴В簠?shù)選取不合理會(huì)使接入TVS器件的電路工作不正常或TVS器件不能有效的抑制電壓尖峰，導(dǎo)致被保護(hù)器件損壞4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理l 發(fā)光二極管和數(shù)碼管定義：由一些能發(fā)出可見光的芯片和透明的封裝材料構(gòu)成的二極管，用于電路

31、工作狀態(tài)指示、輸出數(shù)據(jù)顯示等。失效模式： 瞬間工作電流過大導(dǎo)致芯片燒毀； 長期功耗過大導(dǎo)致芯片過熱損壞或內(nèi)部引線斷裂； 反向電壓過高導(dǎo)致芯片擊穿損壞。l 整流橋失效模式: 短路失效； 熱擊穿失效； 電壓浪涌或電流浪涌造成失效； 熱疲勞或熱循環(huán)引起的局部過熱失效。l 三極管失效模式： 集電結(jié)和發(fā)射結(jié)反向電壓超過額定值導(dǎo)致的電壓擊穿； 基極電流和發(fā)射極電流超過額定值導(dǎo)致的內(nèi)部引線燒斷、芯片燒毀； 三極管功耗超過額定值或散熱不良導(dǎo)致三極管燒毀、封裝體破壞； 安全工作區(qū)超過額定值導(dǎo)致芯片二次擊穿。4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理 集成電路集成電路l 集成電路安裝后的失效機(jī)理 場致?lián)舸?、熱致?lián)舸?/p>

32、 ESD失效 電遷移、熱電遷移、化學(xué)電遷移 漏電 電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕 界面剪切力 爆米花 機(jī)械應(yīng)力 熱應(yīng)力.4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理短路38%開路27%功能失效19%參數(shù)漂移10%其它6%l 使用中的失效模式及分布4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理l 集成電路安裝后的失效原因 芯片缺陷失效 封裝缺陷失效 鍵合失效 塑料封裝失效 芯片粘接失效 焊接熱應(yīng)力失效 異常電輸入失效 安裝機(jī)械應(yīng)力失效 離子污染失效 水汽侵入 環(huán)境應(yīng)力（溫、濕、震）失效. 繼電器 過高是工作溫度，破壞繼電器的絕緣系統(tǒng)，導(dǎo)致繼電器失效； 過熱的觸點(diǎn)電流發(fā)熱，直接損壞觸點(diǎn)或破壞絕緣系統(tǒng)，導(dǎo)致繼電器失效；

33、 過大是切換功率（高壓、大電流）產(chǎn)生的電弧直接損商觸點(diǎn)。導(dǎo)致繼電器失效。4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理觸點(diǎn)失效32%短路17%參數(shù)漂移17%開路15%功能失效5%引線可焊性差5%結(jié)構(gòu)尺寸超差3%其它6%4.失效模式與失效機(jī)理失效模式與失效機(jī)理 蜂鳴器l 電壓 如果電壓過低，蜂鳴器將會(huì)工作不正常；而電壓過高，則可能由于共振劇烈導(dǎo)致蜂鳴器聲音異常，或者可能使蜂鳴器損壞。l 電流 如果驅(qū)動(dòng)電流不足，將導(dǎo)致蜂鳴器鳴叫不正常；如果驅(qū)動(dòng)電流過大，可能燒毀線圈而導(dǎo)致蜂鳴器失效。l 環(huán)境溫度 當(dāng)環(huán)境溫度超出蜂鳴器的極限溫度后，由于蜂鳴片材料性能的顯著變化，會(huì)產(chǎn)生聲音失真的情況。 電磁元件包括濾波用的

34、電感器、功率轉(zhuǎn)換用的變壓器等。失效模式: 熱效應(yīng)下的絕緣材料老化。5.5.失效分析失效分析5.1失效分析的作用l 找出失效原因，提高使用壽命、避免突然失效造成停機(jī)、安全隱患等損失甚至重大損失。l 作為提高設(shè)計(jì)水平或改進(jìn)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一。l 作為提高制造、安裝、使用及維護(hù)的水平的突破點(diǎn)之一。5.2失效分析的程序1）收集失效現(xiàn)場數(shù)據(jù) （1）基礎(chǔ)信息：l 工作原理、結(jié)構(gòu)、材料、工藝、功能參數(shù)；l 樣品來源、型號、批次、編號、時(shí)間、地點(diǎn)；l 失效環(huán)境：潮濕、輻射；l 失效應(yīng)力：過電、靜電、高溫、低溫、高低溫；l 失效發(fā)生期：早期、隨機(jī)、磨損；5.5.失效分析失效分析 （2）技術(shù)信息 整機(jī)故障現(xiàn)象、異常環(huán)境、在整機(jī)中的狀態(tài)、應(yīng)用電路、篩選應(yīng)力、失效歷史、失效比例、失效率及其隨時(shí)間變化等。 生產(chǎn)工藝條件和方法。2）確認(rèn)報(bào)告的失效模式 電測確定短路、開路、參數(shù)、功能、穩(wěn)定失效、間隙失效等。 鏡檢確認(rèn)顏色變化、形狀改變、裂紋、腐蝕、污染等。 應(yīng)力模擬試驗(yàn)確認(rèn)對于在某種環(huán)境（應(yīng)力）才表現(xiàn)的故障，采用應(yīng)力模擬哎呀進(jìn)行確認(rèn) 5.5.失效分析失效分析（1）要點(diǎn) 防止故障擴(kuò)大，防止故障消失。 如短路模式，加電時(shí)繼續(xù)加大電流，掩蓋原有信息；電連接微小脫離而開路，加電時(shí)脫離處擊穿，開路消失；微小短路通道，在大電流時(shí)被燒毀，短路現(xiàn)象消失；離子漏電會(huì)因?yàn)椤案稍铩倍謴?fù)。. （2）失效模式確認(rèn)的可能結(jié)果 與報(bào)告的