電磁繼電器常見失效模式失效原因及失效機(jī)理朱軍輝課件

繼電器是航天、航空等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的電子元件，它是用較小電流來控制較大電流的一種自動(dòng)開關(guān)。繼電器種類繁多，通常將繼電器分為電磁繼電器、干簧繼電器、時(shí)間繼電器及固態(tài)繼電器等幾種。其中電磁繼電器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，是應(yīng)用最廣泛的一種繼電器。

1.引言繼電器是航天、航空等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的電子元件

電磁繼電器主要由線圈、鐵芯、銜鐵、軛鐵、復(fù)位彈簧及兩組或多組簧片等組成。

2.電磁繼電器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理電磁繼電器基本結(jié)構(gòu)電磁繼電器主要由線圈、鐵芯、銜鐵、軛鐵、復(fù)位

電磁繼電器利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作。通:線圈通電線圈中心的鐵芯被磁化銜鐵吸合推動(dòng)簧片動(dòng)作常開簧片吸合、常閉簧片打開斷：切斷線圈電流鐵芯失去磁性銜鐵復(fù)位常開簧片打開、常閉簧片吸合2.電磁繼電器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理磁力杠桿作用彈簧力作用電磁繼電器利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作。2.電磁

由于生產(chǎn)環(huán)境、工藝以及繼電器本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等原因，導(dǎo)致繼電器的失效時(shí)有發(fā)生。對(duì)2004、2005年完成的1500余項(xiàng)電子元器件失效分析任務(wù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)繼電器所占的失效比例相當(dāng)高（18％），僅次于單片集成電路（21％），與分立器件并列排在第二位。3.繼電器失效分析統(tǒng)計(jì)2004、2005年各類元器件失效分析比例由于生產(chǎn)環(huán)境、工藝以及繼電器本身的

到2008年時(shí)，繼電器在所有失效分析電子元器件中的比例已經(jīng)超過單片集成電路（19％），居于失效元器件分析比例的第一位（22％）。3.繼電器失效分析統(tǒng)計(jì)2008年各類元器件失效分析比例到2008年時(shí)，繼電器在所有失效分4.電磁繼電器常見失效模式電磁繼電器常見失效模式可以歸納為如下幾種：

失效模式失效原因功能失效常閉點(diǎn)開路多余物、沾污及結(jié)構(gòu)缺陷等加電后常開點(diǎn)不吸合多余物、沾污、簧片斷裂及間隙調(diào)整不當(dāng)?shù)葦嚯姾蟪ｉ_點(diǎn)不釋放觸點(diǎn)粘連、多余物卡滯、簧片位移等線圈開路焊點(diǎn)虛焊、引出線或漆包線斷裂等參數(shù)失效觸點(diǎn)接觸電阻增大觸點(diǎn)沾污或燒蝕后接觸壓力變小、鍍層損壞氧化等觸點(diǎn)或線圈與殼體絕緣電阻下降絕緣子表面沾污、銀離子遷移及間隙過小等4.電磁繼電器常見失效模式電磁繼電器常見失效模式可以歸納為如5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物

結(jié)合失效分析的實(shí)際案例，從以下幾方面對(duì)電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理進(jìn)行介紹：5.2觸點(diǎn)表面沾污5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)5.4觸點(diǎn)燒蝕、粘連5.5銀離子遷移5.6外部應(yīng)力導(dǎo)致簧片位移5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效

內(nèi)部存在可動(dòng)多余物而引起的失效是繼電器出現(xiàn)最多的一種失效原因。由于繼電器內(nèi)部有動(dòng)作部位，且觸點(diǎn)間、推動(dòng)桿與銜鐵間間隙較小，因此極小的多余物即可能引起繼電器失效。且多余物引起的失效有不固定性，可能表現(xiàn)為時(shí)好時(shí)壞，甚至可能出現(xiàn)一次故障后很難復(fù)現(xiàn)，這主要與多余物具有可動(dòng)性有關(guān)。從失效分析結(jié)果來看，多余物主要分為導(dǎo)電性金屬多余物和不導(dǎo)電的非金屬多余物。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效

從失效分析的結(jié)果來看，多余物主要分為導(dǎo)電性金屬多余物和不導(dǎo)電的非金屬多余物。金屬多余物主要有金屬屑、焊錫渣及點(diǎn)焊飛濺物等；非金屬多余物則包括松香焊劑、包扎線圈用的生膠帶、導(dǎo)線絕緣皮、纖維及某些無機(jī)物等。金屬多余物非金屬多余物5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效多余物引起的失效機(jī)理主要有以下幾種：a.多余物使推動(dòng)桿受阻或者卡在銜鐵與軛鐵之間，使銜鐵無法動(dòng)作、推動(dòng)桿動(dòng)作不到位，導(dǎo)致觸點(diǎn)不能正常開閉；多余物使推動(dòng)桿受阻5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效多余物卡在銜鐵與軛鐵之間5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效b.金屬多余物將不該導(dǎo)通的兩點(diǎn)之間跨接；多余焊料將簧片之間搭接2.7mm機(jī)加工金屬多余物將引線柱與殼體之間搭接5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效c.多余物卡在轉(zhuǎn)軸與軸孔之間，使轉(zhuǎn)軸卡滯，無法轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致觸點(diǎn)不能正常開閉；金屬多余物卡滯清洗后殘留在軸孔內(nèi)壁的有機(jī)多余物使轉(zhuǎn)軸卡滯有機(jī)纖維多余物卡滯5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效d.非金屬多余物卡在簧片之間導(dǎo)致常開點(diǎn)或常閉點(diǎn)無法吸合。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效

多余物的來源主要與生產(chǎn)工藝過程控制不嚴(yán)有關(guān)，如生產(chǎn)環(huán)境達(dá)不到控制要求，存在較多的灰塵及纖維等，點(diǎn)焊后的毛刺沒有很好去除，焊接后未進(jìn)行很好的清洗等均是引入多余物的根源。

此外，隨著繼電器使用環(huán)境，特別是振動(dòng)條件的要求越來越高，在使用過程中，有些繼電器轉(zhuǎn)軸與軸孔之間產(chǎn)生較嚴(yán)重的磨損，形成較多的金屬粉末，使轉(zhuǎn)軸與軸孔之間的摩擦阻力增大，導(dǎo)致繼電器加電后銜鐵無法動(dòng)作、常閉簧片不吸合失效，有時(shí)增大線包電壓，失效現(xiàn)象會(huì)消失。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效軸孔內(nèi)壁磨損轉(zhuǎn)軸表面磨損磨損形成的金屬粉末5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.2觸點(diǎn)表面沾污引起的失效

觸點(diǎn)表面存在沾污通常引起電磁繼電器觸點(diǎn)出現(xiàn)接觸電阻增大甚至開路的失效模式。接觸電阻只有小幅增大的繼電器，啟封后接觸電阻有可能恢復(fù)正常，對(duì)繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及觸點(diǎn)壓力進(jìn)行檢查，均無異?，F(xiàn)象；但用掃描電鏡觀察觸點(diǎn)表面時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)觸點(diǎn)表面存在附著物，這些附著物主要有兩類：一類為無機(jī)物，如Si、Ca、Al等的氧化物；而另一類主要成分為含C、O的有機(jī)物。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.2觸點(diǎn)表面沾污引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析無機(jī)沾污有機(jī)沾污5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析無機(jī)沾污有機(jī)沾污5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.2觸點(diǎn)表面沾污引起的失效

沾污引起觸點(diǎn)開路的繼電器，啟封后對(duì)繼電器內(nèi)部進(jìn)行觀察，在觸點(diǎn)表面會(huì)發(fā)現(xiàn)較多的白色顆粒狀附著物，有時(shí)這些附著物會(huì)聚集成薄膜狀，對(duì)這些附著物進(jìn)行分析，主要成分為含C、O的有機(jī)物。顆粒狀白色附著物白色附著物聚集成薄膜狀5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.2觸點(diǎn)表面沾污引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.2觸點(diǎn)表面沾污引起的失效

無機(jī)物沾污的來源與器件封裝前工藝環(huán)境不良，存在較多塵土有關(guān)。附著的有機(jī)沾污是如何形成的呢？有機(jī)附著物呈顆粒狀或厚度很薄，且只有觸點(diǎn)附近有這些物質(zhì)存在，簧片上其它位置沒有該種物質(zhì)。從其形態(tài)判斷，這些附著物應(yīng)是在繼電器封裝后逐步生成，而不是有形的多余物直接附著所致。其形成機(jī)理為：繼電器內(nèi)部存在生膠帶及封焊時(shí)采用松香焊劑，在一定溫度下由于生膠帶本身不穩(wěn)定而釋放一部分有機(jī)小分子，在焊接過程中松香焊料氣化也會(huì)形成一部分有機(jī)小分子，這些小分子存在于繼電器腔體內(nèi)，在繼電器使用過程中，有機(jī)小分子向電場(chǎng)強(qiáng)度最大的觸點(diǎn)位置吸附、聚集，聚集的小分子重新交聯(lián)而在觸點(diǎn)表面形成有機(jī)物顆粒、薄膜。由于其本身不導(dǎo)電，引起觸點(diǎn)處接觸電阻增大甚至完全開路失效。

5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.2觸點(diǎn)表面沾污引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效

繼電器內(nèi)部具有動(dòng)作部分，其腔體體積小，需要安裝的零件較多，由于本身結(jié)構(gòu)及工藝上的缺陷而引起的失效時(shí)有發(fā)生，總結(jié)起來有如下幾個(gè)方面：5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效a.推動(dòng)桿形狀調(diào)整不當(dāng)而使觸點(diǎn)工作不到位繼電器內(nèi)部的推動(dòng)桿均采用手工調(diào)整，且繼電器內(nèi)部通常有多組觸點(diǎn)，因此各個(gè)推動(dòng)桿與簧片之間的間隙調(diào)整就顯得很重要，在失效分析過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)由于各個(gè)推動(dòng)桿與簧片之間間隙不一致，致使繼電器中的某組觸點(diǎn)在工作過程中動(dòng)作后常開點(diǎn)無法閉合，這主要是由于該組觸點(diǎn)推動(dòng)桿與簧片間隙較大，在其余各組觸點(diǎn)均吸合到位后該組觸點(diǎn)無法到位或接觸壓力很小而失效。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析過大間距正常間距5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析過大間距正常間距5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效b.簧片壓力不足該種失效主要出現(xiàn)在常閉觸點(diǎn)，在繼電器簧片調(diào)整過程中，正常情況下，中簧片與常閉簧片之間應(yīng)該有一定的預(yù)壓力，而預(yù)壓力是靠人工調(diào)整，如預(yù)壓力很小，則工作一段時(shí)間后，由于觸點(diǎn)表面磨損變形，該組觸點(diǎn)則會(huì)由于接觸壓力不足表現(xiàn)為時(shí)好時(shí)壞甚至完全開路。

5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效c.內(nèi)部組件安裝位置不當(dāng)繼電器內(nèi)部由于簧片或推動(dòng)桿位置安裝不當(dāng)而引起的失效，主要表現(xiàn)為簧片過長(zhǎng)或推動(dòng)桿形狀不良，造成其與殼體間隙變小，在繼電器安裝時(shí)殼體受到一定外應(yīng)力產(chǎn)生變形，導(dǎo)致推動(dòng)桿或簧片與殼體之間碰接而產(chǎn)生失效。

簧片與殼體接觸5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析推動(dòng)桿位置異常推動(dòng)桿位置正常c.內(nèi)部組件安裝位置不當(dāng)5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析推動(dòng)桿位置異常推動(dòng)桿5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析簧片位置安裝不當(dāng)與相鄰簧片接觸簧片間隙過小，產(chǎn)生拉弧c.內(nèi)部組件安裝位置不當(dāng)5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析簧片位置安裝不當(dāng)與相5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效c.內(nèi)部組件安裝位置不當(dāng)繼電器內(nèi)部由于轉(zhuǎn)軸與孔口配合不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸從孔口內(nèi)脫出或者轉(zhuǎn)軸卡在孔口內(nèi)，導(dǎo)致繼電器銜鐵無法動(dòng)作失效，這種失效通常發(fā)生在孔口為U型槽的繼電器。

轉(zhuǎn)軸卡在U型槽內(nèi)轉(zhuǎn)軸從U型槽內(nèi)脫出5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效d.簧片斷裂繼電器簧片斷裂位置通常位于其引線柱焊接的位置附近。其失效機(jī)理是由于簧片與引線柱焊接時(shí)溫度較高、時(shí)間較長(zhǎng)，使焊點(diǎn)附近的簧片產(chǎn)生過燒、晶界弱化，且由于加電使用過程中，簧片在引線柱焊點(diǎn)附近受到的應(yīng)力作用較大，最終導(dǎo)致簧片在焊點(diǎn)附近脆性斷裂。

5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析d.簧片斷裂

簧片斷裂位置簧片沿晶斷口及晶界過熱、熔融5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析d.簧片斷裂5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效e.線圈開路

線圈開路通常是由于線圈引出線或漆包線斷裂以及引出線與引線柱或者與漆包線之間焊點(diǎn)脫開或者虛焊所致。繼電器一般采用與安裝軸之間的輕微過盈配合而固定線圈。由于線圈骨架與固定軸之間存在配合公差，在振動(dòng)環(huán)境條件下可能引起線圈與固定軸之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)以及軸向運(yùn)動(dòng)，從而在線圈引出線上附加一定的振動(dòng)應(yīng)力，振動(dòng)一段時(shí)間后，導(dǎo)致線圈引出線產(chǎn)生疲勞斷裂。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路線圈與支架間縫隙線圈引出線斷裂位置斷口全貌5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路線圈與支5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路線圈與支架間縫隙線圈引出線斷裂位置疲勞斷口全貌5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路線圈與支5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效e.線圈開路

漆包線斷裂通常是由于線圈繞制過程中，漆包線受到損傷或者漆包線在線圈內(nèi)部存有較大安裝應(yīng)力，在隨后的振動(dòng)、溫循及加電過程中，漆包線多次受到機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力的作用而斷裂。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路漆包線斷裂形貌5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路漆包線斷5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路

線圈引出線與漆包線或引線柱之間虛焊均是由于焊接工藝不當(dāng)引起，包括焊接時(shí)間、焊接溫度、引出線的處理等。引出線與漆包線之間虛焊5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路

線圈引出線與引線柱之間焊點(diǎn)脫開主要有兩種機(jī)理，一是兩者之間有效焊接面積較小，焊接強(qiáng)度較低，在后續(xù)應(yīng)力作用下，引出線和引線柱在焊點(diǎn)位置脫開，脫開界面上一般可以觀察到較大面積的自由表面；另一是在焊接或裝配過程中，引出線與引線拄之間的焊點(diǎn)受損，使其連接強(qiáng)度降低，在后續(xù)應(yīng)力作用下，兩者之間脫開，通常在脫開界面上可以觀察到明顯的韌窩形貌。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路脫開界面上的自由表面焊點(diǎn)脫開5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路脫開界面5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路焊點(diǎn)脫開脫開界面韌窩形貌5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路焊點(diǎn)脫開5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.4觸點(diǎn)燒蝕、粘連引起的失效

繼電器觸點(diǎn)在燒蝕、粘連表現(xiàn)為斷電后常開觸點(diǎn)不釋放、加電時(shí)常閉觸點(diǎn)不斷開，在燒蝕不嚴(yán)重的情況下，有時(shí)在一定的振動(dòng)應(yīng)力下，粘連的簧片會(huì)重新脫開，燒蝕觸點(diǎn)露出白色的簧片基體；在燒蝕嚴(yán)重時(shí)，會(huì)將簧片燒熔，形成熔球。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.4觸點(diǎn)燒蝕、粘連5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.4觸點(diǎn)燒蝕、粘連引起的失效5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.4觸點(diǎn)燒蝕、粘連5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.5銀離子遷移引起的失效

銀離子遷移可引起繼電器的絕緣電阻下降到幾百歐姆。銀離子遷移有時(shí)表現(xiàn)在殼體外部，有時(shí)表現(xiàn)在殼體內(nèi)部玻璃絕緣子上，其形成機(jī)理為：由于繼電器多采用鍍銀外殼，鍍銀外殼在使用過程中吸附部分S、Cl等腐蝕性介質(zhì)元素，或電鍍前由于清洗不干凈而在引線根部殘留部分腐蝕性介質(zhì)而形成Ag的硫化物或氯化物，形成的硫化物和氯化物在濕度較大的使用環(huán)境中吸附部分潮氣分解出Ag離子。當(dāng)繼電器加電時(shí)，引線柱與殼體之間存在電位差而形成電場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下Ag離子逐步遷移，其遷移產(chǎn)物的形態(tài)均呈樹枝晶狀，當(dāng)遷移產(chǎn)物將引線與殼體之間跨接時(shí)，則會(huì)引起絕緣電阻下降。

5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.5銀離子遷移引起5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.5銀離子遷移引起的失效絕緣子外表面銀離子遷移形貌5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.5銀離子遷移引起5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.5銀離子遷移引起的失效絕緣子內(nèi)表面銀離子遷移形貌5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.5銀離子遷移引起5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.6外部應(yīng)力導(dǎo)致簧片位移

外部應(yīng)力導(dǎo)致簧片位移一般發(fā)生在微型繼電器上，失效模式為常閉、常開觸點(diǎn)狀態(tài)異常，即常態(tài)或者加電狀態(tài)下，繼電器的常閉開路、常開短路或常閉、常開均開路或常閉、常開均短路。通?？梢杂^察到玻璃絕緣子破裂形貌。其失效機(jī)理是在安裝、焊接等外部應(yīng)力的作用下，繼電器外引線的玻璃絕緣子開裂，使得外引線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或者軸向位移，從而帶動(dòng)內(nèi)部簧片產(chǎn)生位移，導(dǎo)致繼電器觸點(diǎn)狀態(tài)異常而失效。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.6外部應(yīng)力導(dǎo)致簧5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.6外部應(yīng)力導(dǎo)致簧片位移玻璃絕緣子開裂常閉、常開均短路5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.6外部應(yīng)力導(dǎo)致簧5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.6外部應(yīng)力導(dǎo)致簧片位移常閉、常開均開路常閉開路、常開短路5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.6外部應(yīng)力導(dǎo)致簧

繼電器是航天、航空等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的電子元件，它是用較小電流來控制較大電流的一種自動(dòng)開關(guān)。繼電器種類繁多，通常將繼電器分為電磁繼電器、干簧繼電器、時(shí)間繼電器及固態(tài)繼電器等幾種。其中電磁繼電器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，是應(yīng)用最廣泛的一種繼電器。

1.引言繼電器是航天、航空等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的電子元件

電磁繼電器主要由線圈、鐵芯、銜鐵、軛鐵、復(fù)位彈簧及兩組或多組簧片等組成。

2.電磁繼電器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理電磁繼電器基本結(jié)構(gòu)電磁繼電器主要由線圈、鐵芯、銜鐵、軛鐵、復(fù)位

電磁繼電器利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作。通:線圈通電線圈中心的鐵芯被磁化銜鐵吸合推動(dòng)簧片動(dòng)作常開簧片吸合、常閉簧片打開斷：切斷線圈電流鐵芯失去磁性銜鐵復(fù)位常開簧片打開、常閉簧片吸合2.電磁繼電器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理磁力杠桿作用彈簧力作用電磁繼電器利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作。2.電磁

由于生產(chǎn)環(huán)境、工藝以及繼電器本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等原因，導(dǎo)致繼電器的失效時(shí)有發(fā)生。對(duì)2004、2005年完成的1500余項(xiàng)電子元器件失效分析任務(wù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)繼電器所占的失效比例相當(dāng)高（18％），僅次于單片集成電路（21％），與分立器件并列排在第二位。3.繼電器失效分析統(tǒng)計(jì)2004、2005年各類元器件失效分析比例由于生產(chǎn)環(huán)境、工藝以及繼電器本身的

到2008年時(shí)，繼電器在所有失效分析電子元器件中的比例已經(jīng)超過單片集成電路（19％），居于失效元器件分析比例的第一位（22％）。3.繼電器失效分析統(tǒng)計(jì)2008年各類元器件失效分析比例到2008年時(shí)，繼電器在所有失效分4.電磁繼電器常見失效模式電磁繼電器常見失效模式可以歸納為如下幾種：

失效模式失效原因功能失效常閉點(diǎn)開路多余物、沾污及結(jié)構(gòu)缺陷等加電后常開點(diǎn)不吸合多余物、沾污、簧片斷裂及間隙調(diào)整不當(dāng)?shù)葦嚯姾蟪ｉ_點(diǎn)不釋放觸點(diǎn)粘連、多余物卡滯、簧片位移等線圈開路焊點(diǎn)虛焊、引出線或漆包線斷裂等參數(shù)失效觸點(diǎn)接觸電阻增大觸點(diǎn)沾污或燒蝕后接觸壓力變小、鍍層損壞氧化等觸點(diǎn)或線圈與殼體絕緣電阻下降絕緣子表面沾污、銀離子遷移及間隙過小等4.電磁繼電器常見失效模式電磁繼電器常見失效模式可以歸納為如5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物

結(jié)合失效分析的實(shí)際案例，從以下幾方面對(duì)電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理進(jìn)行介紹：5.2觸點(diǎn)表面沾污5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)5.4觸點(diǎn)燒蝕、粘連5.5銀離子遷移5.6外部應(yīng)力導(dǎo)致簧片位移5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效

內(nèi)部存在可動(dòng)多余物而引起的失效是繼電器出現(xiàn)最多的一種失效原因。由于繼電器內(nèi)部有動(dòng)作部位，且觸點(diǎn)間、推動(dòng)桿與銜鐵間間隙較小，因此極小的多余物即可能引起繼電器失效。且多余物引起的失效有不固定性，可能表現(xiàn)為時(shí)好時(shí)壞，甚至可能出現(xiàn)一次故障后很難復(fù)現(xiàn)，這主要與多余物具有可動(dòng)性有關(guān)。從失效分析結(jié)果來看，多余物主要分為導(dǎo)電性金屬多余物和不導(dǎo)電的非金屬多余物。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效

從失效分析的結(jié)果來看，多余物主要分為導(dǎo)電性金屬多余物和不導(dǎo)電的非金屬多余物。金屬多余物主要有金屬屑、焊錫渣及點(diǎn)焊飛濺物等；非金屬多余物則包括松香焊劑、包扎線圈用的生膠帶、導(dǎo)線絕緣皮、纖維及某些無機(jī)物等。金屬多余物非金屬多余物5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效多余物引起的失效機(jī)理主要有以下幾種：a.多余物使推動(dòng)桿受阻或者卡在銜鐵與軛鐵之間，使銜鐵無法動(dòng)作、推動(dòng)桿動(dòng)作不到位，導(dǎo)致觸點(diǎn)不能正常開閉；多余物使推動(dòng)桿受阻5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效多余物卡在銜鐵與軛鐵之間5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效b.金屬多余物將不該導(dǎo)通的兩點(diǎn)之間跨接；多余焊料將簧片之間搭接2.7mm機(jī)加工金屬多余物將引線柱與殼體之間搭接5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效c.多余物卡在轉(zhuǎn)軸與軸孔之間，使轉(zhuǎn)軸卡滯，無法轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致觸點(diǎn)不能正常開閉；金屬多余物卡滯清洗后殘留在軸孔內(nèi)壁的有機(jī)多余物使轉(zhuǎn)軸卡滯有機(jī)纖維多余物卡滯5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效d.非金屬多余物卡在簧片之間導(dǎo)致常開點(diǎn)或常閉點(diǎn)無法吸合。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效

多余物的來源主要與生產(chǎn)工藝過程控制不嚴(yán)有關(guān)，如生產(chǎn)環(huán)境達(dá)不到控制要求，存在較多的灰塵及纖維等，點(diǎn)焊后的毛刺沒有很好去除，焊接后未進(jìn)行很好的清洗等均是引入多余物的根源。

此外，隨著繼電器使用環(huán)境，特別是振動(dòng)條件的要求越來越高，在使用過程中，有些繼電器轉(zhuǎn)軸與軸孔之間產(chǎn)生較嚴(yán)重的磨損，形成較多的金屬粉末，使轉(zhuǎn)軸與軸孔之間的摩擦阻力增大，導(dǎo)致繼電器加電后銜鐵無法動(dòng)作、常閉簧片不吸合失效，有時(shí)增大線包電壓，失效現(xiàn)象會(huì)消失。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余物引起的失效軸孔內(nèi)壁磨損轉(zhuǎn)軸表面磨損磨損形成的金屬粉末5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.1繼電器內(nèi)部多余5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.2觸點(diǎn)表面沾污引起的失效

觸點(diǎn)表面存在沾污通常引起電磁繼電器觸點(diǎn)出現(xiàn)接觸電阻增大甚至開路的失效模式。接觸電阻只有小幅增大的繼電器，啟封后接觸電阻有可能恢復(fù)正常，對(duì)繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及觸點(diǎn)壓力進(jìn)行檢查，均無異?，F(xiàn)象；但用掃描電鏡觀察觸點(diǎn)表面時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)觸點(diǎn)表面存在附著物，這些附著物主要有兩類：一類為無機(jī)物，如Si、Ca、Al等的氧化物；而另一類主要成分為含C、O的有機(jī)物。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.2觸點(diǎn)表面沾污引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析無機(jī)沾污有機(jī)沾污5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析無機(jī)沾污有機(jī)沾污5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.2觸點(diǎn)表面沾污引起的失效

沾污引起觸點(diǎn)開路的繼電器，啟封后對(duì)繼電器內(nèi)部進(jìn)行觀察，在觸點(diǎn)表面會(huì)發(fā)現(xiàn)較多的白色顆粒狀附著物，有時(shí)這些附著物會(huì)聚集成薄膜狀，對(duì)這些附著物進(jìn)行分析，主要成分為含C、O的有機(jī)物。顆粒狀白色附著物白色附著物聚集成薄膜狀5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.2觸點(diǎn)表面沾污引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.2觸點(diǎn)表面沾污引起的失效

無機(jī)物沾污的來源與器件封裝前工藝環(huán)境不良，存在較多塵土有關(guān)。附著的有機(jī)沾污是如何形成的呢？有機(jī)附著物呈顆粒狀或厚度很薄，且只有觸點(diǎn)附近有這些物質(zhì)存在，簧片上其它位置沒有該種物質(zhì)。從其形態(tài)判斷，這些附著物應(yīng)是在繼電器封裝后逐步生成，而不是有形的多余物直接附著所致。其形成機(jī)理為：繼電器內(nèi)部存在生膠帶及封焊時(shí)采用松香焊劑，在一定溫度下由于生膠帶本身不穩(wěn)定而釋放一部分有機(jī)小分子，在焊接過程中松香焊料氣化也會(huì)形成一部分有機(jī)小分子，這些小分子存在于繼電器腔體內(nèi)，在繼電器使用過程中，有機(jī)小分子向電場(chǎng)強(qiáng)度最大的觸點(diǎn)位置吸附、聚集，聚集的小分子重新交聯(lián)而在觸點(diǎn)表面形成有機(jī)物顆粒、薄膜。由于其本身不導(dǎo)電，引起觸點(diǎn)處接觸電阻增大甚至完全開路失效。

5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.2觸點(diǎn)表面沾污引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效

繼電器內(nèi)部具有動(dòng)作部分，其腔體體積小，需要安裝的零件較多，由于本身結(jié)構(gòu)及工藝上的缺陷而引起的失效時(shí)有發(fā)生，總結(jié)起來有如下幾個(gè)方面：5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效a.推動(dòng)桿形狀調(diào)整不當(dāng)而使觸點(diǎn)工作不到位繼電器內(nèi)部的推動(dòng)桿均采用手工調(diào)整，且繼電器內(nèi)部通常有多組觸點(diǎn)，因此各個(gè)推動(dòng)桿與簧片之間的間隙調(diào)整就顯得很重要，在失效分析過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)由于各個(gè)推動(dòng)桿與簧片之間間隙不一致，致使繼電器中的某組觸點(diǎn)在工作過程中動(dòng)作后常開點(diǎn)無法閉合，這主要是由于該組觸點(diǎn)推動(dòng)桿與簧片間隙較大，在其余各組觸點(diǎn)均吸合到位后該組觸點(diǎn)無法到位或接觸壓力很小而失效。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析過大間距正常間距5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析過大間距正常間距5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效b.簧片壓力不足該種失效主要出現(xiàn)在常閉觸點(diǎn)，在繼電器簧片調(diào)整過程中，正常情況下，中簧片與常閉簧片之間應(yīng)該有一定的預(yù)壓力，而預(yù)壓力是靠人工調(diào)整，如預(yù)壓力很小，則工作一段時(shí)間后，由于觸點(diǎn)表面磨損變形，該組觸點(diǎn)則會(huì)由于接觸壓力不足表現(xiàn)為時(shí)好時(shí)壞甚至完全開路。

5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效c.內(nèi)部組件安裝位置不當(dāng)繼電器內(nèi)部由于簧片或推動(dòng)桿位置安裝不當(dāng)而引起的失效，主要表現(xiàn)為簧片過長(zhǎng)或推動(dòng)桿形狀不良，造成其與殼體間隙變小，在繼電器安裝時(shí)殼體受到一定外應(yīng)力產(chǎn)生變形，導(dǎo)致推動(dòng)桿或簧片與殼體之間碰接而產(chǎn)生失效。

簧片與殼體接觸5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析推動(dòng)桿位置異常推動(dòng)桿位置正常c.內(nèi)部組件安裝位置不當(dāng)5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析推動(dòng)桿位置異常推動(dòng)桿5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析簧片位置安裝不當(dāng)與相鄰簧片接觸簧片間隙過小，產(chǎn)生拉弧c.內(nèi)部組件安裝位置不當(dāng)5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析簧片位置安裝不當(dāng)與相5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效c.內(nèi)部組件安裝位置不當(dāng)繼電器內(nèi)部由于轉(zhuǎn)軸與孔口配合不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸從孔口內(nèi)脫出或者轉(zhuǎn)軸卡在孔口內(nèi)，導(dǎo)致繼電器銜鐵無法動(dòng)作失效，這種失效通常發(fā)生在孔口為U型槽的繼電器。

轉(zhuǎn)軸卡在U型槽內(nèi)轉(zhuǎn)軸從U型槽內(nèi)脫出5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效d.簧片斷裂繼電器簧片斷裂位置通常位于其引線柱焊接的位置附近。其失效機(jī)理是由于簧片與引線柱焊接時(shí)溫度較高、時(shí)間較長(zhǎng)，使焊點(diǎn)附近的簧片產(chǎn)生過燒、晶界弱化，且由于加電使用過程中，簧片在引線柱焊點(diǎn)附近受到的應(yīng)力作用較大，最終導(dǎo)致簧片在焊點(diǎn)附近脆性斷裂。

5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析d.簧片斷裂

簧片斷裂位置簧片沿晶斷口及晶界過熱、熔融5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析d.簧片斷裂5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效e.線圈開路

線圈開路通常是由于線圈引出線或漆包線斷裂以及引出線與引線柱或者與漆包線之間焊點(diǎn)脫開或者虛焊所致。繼電器一般采用與安裝軸之間的輕微過盈配合而固定線圈。由于線圈骨架與固定軸之間存在配合公差，在振動(dòng)環(huán)境條件下可能引起線圈與固定軸之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)以及軸向運(yùn)動(dòng)，從而在線圈引出線上附加一定的振動(dòng)應(yīng)力，振動(dòng)一段時(shí)間后，導(dǎo)致線圈引出線產(chǎn)生疲勞斷裂。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路線圈與支架間縫隙線圈引出線斷裂位置斷口全貌5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路線圈與支5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路線圈與支架間縫隙線圈引出線斷裂位置疲勞斷口全貌5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路線圈與支5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引起的失效e.線圈開路

漆包線斷裂通常是由于線圈繞制過程中，漆包線受到損傷或者漆包線在線圈內(nèi)部存有較大安裝應(yīng)力，在隨后的振動(dòng)、溫循及加電過程中，漆包線多次受到機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力的作用而斷裂。5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析5.3工藝結(jié)構(gòu)不當(dāng)引5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路漆包線斷裂形貌5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路漆包線斷5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路

線圈引出線與漆包線或引線柱之間虛焊均是由于焊接工藝不當(dāng)引起，包括焊接時(shí)間、焊接溫度、引出線的處理等。引出線與漆包線之間虛焊5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路5.電磁繼電器常見失效原因及失效機(jī)理分析e.線圈開路

線圈引出線與引