Bu yazıda, elektronik bileşenlerin arıza modları ve arıza mekanizmaları incelenmekte ve elektronik ürünlerin tasarımı için bazı referanslar sağlamak üzere hassas ortamları verilmektedir.
1. Tipik bileşen arıza modları
Seri numarası
Elektronik bileşen adı
Çevre ile ilgili arıza modları
Çevresel stres
1. Elektromekanik bileşenler
Titreşim, bobinlerin yorularak kırılmasına ve kabloların gevşemesine neden olur.
Titreşim, şok
2. Yarı iletken mikrodalga cihazları
Yüksek sıcaklık ve sıcaklık şoku, ambalaj malzemesi ile çip arasındaki arayüzde ve ambalaj malzemesi ile plastik sızdırmaz mikrodalga monolitin çip tutucu arayüzü arasında katmanlara ayrılmaya yol açar.
Yüksek sıcaklık, sıcaklık şoku
3. Hibrit entegre devreler
Şok, seramik alt tabakanın çatlamasına, sıcaklık şoku kapasitör uç elektrotunun çatlamasına ve sıcaklık döngüsü lehim arızasına yol açar.
Şok, sıcaklık döngüsü
4. Ayrık Cihazlar ve Entegre Devreler
Termal bozulma, çip lehimleme hatası, iç kurşun bağlama hatası, pasivasyon tabakasının yırtılmasına yol açan şok.
Yüksek sıcaklık, şok, titreşim
5. Dirençli bileşenler
Çekirdek substrat rüptürü, dirençli film rüptürü, kurşun kırılması
Şok, yüksek ve düşük sıcaklık
6. Pano seviyesi devresi
Çatlak lehim bağlantıları, kırık bakır delikler.
Yüksek sıcaklık
7. Elektrikli vakum
Sıcak telin yorulma kırılması.
Titreşim
2, tipik bileşen arıza mekanizması analizi
Elektronik bileşenlerin arıza modu tek değil, daha genel bir sonuca varmak için tipik bileşenlerin duyarlı ortam tolerans limit analizinin yalnızca temsili bir parçasıdır.
2.1 Elektromekanik bileşenler
Tipik elektromekanik bileşenler, elektrik konektörlerini, röleleri vb. içerir. Arıza modları, sırasıyla iki tür bileşenin yapısı ile derinlemesine analiz edilir.
1) Elektrik konnektörleri
Üç temel birimin kabuğu, yalıtkanı ve kontak gövdesi tarafından elektrik konnektörü, arıza modu, üç arıza formunun kontak arızası, izolasyon arızası ve mekanik arızasında özetlenir.Kontak arızası için elektrik konnektörünün ana arıza şekli, performansının arızası: ani kesinti ve kontak direnci artar.Elektrik konnektörleri için, temas direnci ve malzeme iletken direncinin varlığı nedeniyle, elektrik konnektöründen akım geçtiğinde, temas direnci ve metal malzeme iletken direnci Joule ısısı üretecek, Joule ısısı ısıyı artıracak ve sonuç olarak ısıda bir artışa neden olacaktır. Temas noktasının sıcaklığı, çok yüksek temas noktası sıcaklığı, metalin temas yüzeyini yumuşatır, eritir ve hatta kaynatır, ancak aynı zamanda temas direncini artırarak temas arızasını tetikler..Yüksek sıcaklık ortamının rolünde, temas parçaları aynı zamanda temas parçaları arasındaki temas basıncını düşürerek sürünme fenomeni gösterecektir.Temas basıncı belirli bir dereceye kadar düşürüldüğünde, temas direnci keskin bir şekilde artacak ve sonunda zayıf elektrik temasına neden olarak temas arızasına neden olacaktır.
Öte yandan, depolama, taşıma ve çalışma sırasındaki elektrik konnektörü, harici titreşim yükü uyarma frekansı ve doğal frekansa yakın elektrik konnektörleri elektrik konnektörü rezonansı yapacağında, çeşitli titreşim yüklerine ve darbe kuvvetlerine maruz kalacaktır. Temas parçaları arasındaki boşluğun artmasıyla sonuçlanan fenomen, boşluk belirli bir dereceye kadar artar, temas basıncı anında kaybolur ve elektrik kontağının "anında kesilmesi" ile sonuçlanır.Titreşim, şok yükünde, elektrik konnektörü iç gerilim üretecek, gerilim malzemenin akma dayanımını aştığında malzeme hasarına ve kırılmasına neden olacaktır;Bu uzun süreli stresin rolünde, malzeme ayrıca yorulma hasarı meydana gelir ve sonunda arızaya neden olur.
2) Röle
Elektromanyetik röleler genel olarak çekirdek, bobin, armatür, kontak, kamış vb.Bobinin her iki ucuna da belirli bir voltaj eklendiği sürece, bobinde belirli bir akım akacak ve böylece elektromanyetik bir etki oluşturacak, armatür, çekirdeğe yay çekmesine geri dönmek için elektromanyetik çekim kuvvetinin üstesinden gelecektir. sırayla armatürün hareketli kontaklarını ve statik kontaklarını (normalde açık kontaklar) kapanmaya zorlar.Bobin kapatıldığında, elektromanyetik emme kuvveti de ortadan kalkar, hareketli kontak ve orijinal statik kontak (normalde kapalı kontak) emiş olacak şekilde, yayın reaksiyon kuvveti altında armatür orijinal konumuna geri döner.Bu emme ve bırakma, böylece devrede iletim ve kesme amacına ulaşır.
Elektromanyetik rölelerin genel arızasının ana modları şunlardır: röle normalde açık, röle normalde kapalı, röle dinamik yay hareketi gereksinimleri karşılamıyor, röle elektriksel parametreleri zayıfları aştıktan sonra kontak kapanması.Elektromanyetik röle üretim sürecinin yetersizliği nedeniyle, üretim sürecindeki birçok elektromanyetik röle arızası, mekanik stres giderme süresi gibi gizli tehlikelerin kalitesini ortaya koymak için çok kısadır, bu da kalıplama parçalarının deformasyonundan sonra mekanik yapıya neden olur, kalıntı giderme tükenmez PIND testinin başarısız olmasına veya hatta başarısız olmasına neden olur, fabrika testi ve ekranlama kullanımı katı değildir, bu nedenle cihazın arızalanması vs.Röle içeren ekipmanın tasarımında, dikkate alınması gereken etki ortamı uyarlanabilirliğine odaklanmak gerekir.
2.2 Yarı iletken mikrodalga bileşenleri
Mikrodalga yarı iletken cihazlar, mikrodalga bandında çalışan Ge, Si ve III ~ V bileşik yarı iletken malzemelerden yapılmış bileşenlerdir.Radar, elektronik harp sistemleri ve mikrodalga haberleşme sistemleri gibi elektronik cihazlarda kullanılırlar.Mikrodalga ayrık cihaz ambalajı, çekirdek ve pimler için elektrik bağlantıları ve mekanik ve kimyasal koruma sağlamanın yanı sıra, mahfazanın tasarımı ve seçiminde mahfaza parazitik parametrelerinin cihazın mikrodalga iletim özellikleri üzerindeki etkisi de dikkate alınmalıdır.Mikrodalga mahfazası da kendisi tam bir giriş ve çıkış devresini oluşturan devrenin bir parçasıdır.Bu nedenle mahfazanın şekli ve yapısı, boyutu, dielektrik malzemesi, iletken konfigürasyonu vb. bileşenlerin mikrodalga özelliklerine ve devre uygulama özelliklerine uygun olmalıdır.Bu faktörler, kapasitans, elektriksel kurşun direnci, karakteristik empedans ve boru muhafazasının iletken ve dielektrik kayıpları gibi parametreleri belirler.
Mikrodalga yarı iletken bileşenlerinin çevreyle ilgili arıza modları ve mekanizmaları, esas olarak geçit metal yutağı ve dirençli özelliklerin bozulmasını içerir.Geçit metali çökmesi, kapı metalinin (Au) GaAs'a termal olarak hızlandırılmış difüzyonundan kaynaklanır, bu nedenle bu arıza mekanizması esas olarak hızlandırılmış ömür testleri veya aşırı yüksek sıcaklıkta çalışma sırasında ortaya çıkar.Kapı metalinin (Au) GaAs'a difüzyon hızı, kapı metali malzemesinin difüzyon katsayısının, sıcaklığın ve malzeme konsantrasyon gradyanının bir fonksiyonudur.Kusursuz bir kafes yapısı için, cihazın performansı normal çalışma sıcaklıklarındaki çok yavaş difüzyon hızından etkilenmez, ancak partikül sınırları geniş olduğunda veya çok sayıda yüzey kusuru olduğunda difüzyon hızı önemli olabilir.Dirençler, mikrodalga monolitik entegre devrelerde yaygın olarak geri besleme devreleri, aktif cihazların öngerilim noktasını ayarlama, izolasyon, güç sentezi veya kuplajın sonu için kullanılır, iki direnç yapısı vardır: metal film direnci (TaN, NiCr) ve hafif katkılı GaAs ince tabaka direnci.Testler, nemden kaynaklanan NiCr direncinin bozulmasının, başarısızlığının ana mekanizması olduğunu göstermektedir.
2.3 Hibrit entegre devreler
Geleneksel hibrit entegre devreler, kalın film kılavuz bandının alt tabaka yüzeyine göre, ince film kılavuz bant işlemi, kalın film hibrit entegre devreler ve ince film hibrit entegre devreler olmak üzere iki kategoriye ayrılır: belirli küçük baskılı devre kartı (PCB) devresi, baskılı devrenin düz levha yüzeyinde film halinde olması nedeniyle iletken bir desen oluşturması hibrit entegre devreler olarak da sınıflandırılır.Çok çipli bileşenlerin ortaya çıkmasıyla birlikte, bu gelişmiş hibrit entegre devre, alt tabaka benzersiz çok katmanlı kablo yapısı ve delikli işlem teknolojisi, bileşenleri, kullanılan alt tabaka ile eşanlamlı yüksek yoğunluklu ara bağlantı yapısında bir hibrit entegre devre haline getirdi. çok çipli bileşenlerde bulunur ve şunları içerir: ince film çok katmanlı, kalın film çok katmanlı, yüksek sıcaklıkta ortak ateşlemeli, düşük sıcaklıkta ortak ateşlemeli, silikon bazlı, PCB çok katmanlı alt tabaka, vb.
Hibrit entegre devre çevresel stres hatası modları temel olarak bileşenler ve kalın film iletkenleri, bileşenler ve ince film iletkenleri, alt tabaka ve mahfaza arasındaki alt tabaka çatlaması ve kaynak hatasından kaynaklanan elektriksel açık devre arızasını içerir.Ürün düşmesinden kaynaklanan mekanik etki, lehimleme işleminden kaynaklanan termal şok, alt tabakanın eğrilme düzgünsüzlüğünden kaynaklanan ek gerilim, alt tabaka ile metal mahfaza ve birleştirme malzemesi arasındaki termal uyumsuzluktan kaynaklanan yanal çekme gerilimi, alt tabakanın iç kusurlarından kaynaklanan mekanik gerilim veya termal gerilim konsantrasyonu, potansiyel hasar alt tabakanın delinmesi ve alt tabakanın yerel mikro çatlakları kesmesinin neden olduğu, sonuçta seramik alt tabakanın doğal mekanik mukavemetinden daha büyük harici mekanik strese yol açar ve sonuç başarısızlıktır.
Lehim yapıları, lehim tabakasının termal yorgunluğuna yol açabilen tekrarlanan sıcaklık çevrimi gerilimlerine karşı hassastır, bu da bağlanma gücünün azalmasına ve termal direncin artmasına neden olur.Kalay bazlı sünek lehim sınıfı için, sıcaklık döngüsel stresinin rolü, lehimle bağlanan iki yapının termal genleşme katsayısının tutarsız olması nedeniyle lehim tabakasının termal yorgunluğuna yol açar, lehim yer değiştirme deformasyonu veya kayma deformasyonu, tekrar tekrar, yorulma çatlağı genişlemesi ve uzaması olan lehim tabakası, sonunda lehim tabakasının yorulma arızasına yol açar.
2.4 Ayrı cihazlar ve entegre devreler
Yarı iletken ayrık cihazlar, geniş kategorilere göre diyotlara, iki kutuplu transistörlere, MOS alan etkili tüplere, tristörlere ve yalıtımlı geçit iki kutuplu transistörlere ayrılır.Entegre devreler geniş bir uygulama alanına sahiptir ve işlevlerine göre sayısal tümdevreler, analog tümdevreler ve karma sayısal-analog tümdevreler olmak üzere üç kategoriye ayrılabilir.
1) Ayrık cihazlar
Ayrık cihazlar, çeşitli türlerdedir ve farklı işlevleri ve süreçleri nedeniyle kendi özelliklerine sahiptir ve arıza performansında önemli farklılıklar vardır.Bununla birlikte, yarı iletken süreçlerin oluşturduğu temel cihazlar olarak, arıza fiziklerinde belirli benzerlikler vardır.Dış mekanik ve doğal çevre ile ilgili ana arızalar, termal bozulma, dinamik çığ, çip lehimleme hatası ve dahili kurşun bağlama hatasıdır.
Termal arıza: Termal arıza veya ikincil arıza, yarı iletken güç bileşenlerini etkileyen ana arıza mekanizmasıdır ve kullanım sırasındaki hasarın çoğu, ikincil arıza olgusuyla ilgilidir.İkincil arıza, ileri taraflı ikincil arıza ve ters taraflı ikincil arıza olarak ikiye ayrılır.İlki, esas olarak, cihazın doping konsantrasyonu, içsel konsantrasyonu vb. bunlara her zaman cihazın içindeki akım konsantrasyonu eşlik eder.Bu tür komponentlerin uygulamasında termal koruma ve ısı dağılımına özel dikkat gösterilmelidir.
Dinamik çığ: Dış veya iç kuvvetler nedeniyle dinamik kapatma sırasında, serbest taşıyıcı konsantrasyonundan etkilenen cihaz içinde meydana gelen akım kontrollü çarpışma iyonlaşma olgusu, iki kutuplu cihazlarda, diyotlarda ve IGBT'lerde meydana gelebilecek dinamik bir çığa neden olur.
Talaş lehim arızası: Ana sebep, çip ve lehimin farklı termal genleşme katsayılarına sahip farklı malzemeler olmasıdır, bu nedenle yüksek sıcaklıklarda termal bir uyumsuzluk vardır.Ek olarak, lehim boşluklarının varlığı, cihazın termal direncini arttırır, ısı dağılımını kötüleştirir ve yerel alanda sıcak noktalar oluşturur, bağlantı sıcaklığını yükseltir ve elektromigrasyon gibi sıcaklıkla ilgili arızaların oluşmasına neden olur.
İç kurşun bağlama hatası: esas olarak, sıcak ve nemli tuz püskürtme ortamında su buharı, klor elementleri vb.'nin etkisiyle alüminyumun korozyona uğramasıyla tetiklenen, bağlanma noktasındaki korozyon hatası.Sıcaklık döngüsü veya titreşimin neden olduğu alüminyum bağlantı kablolarının yorulma kırılması.Modül paketindeki IGBT'nin boyutu büyüktür ve yanlış bir şekilde kurulursa, modülün dahili uçlarında yorulma kırılmasıyla sonuçlanan gerilim yoğunlaşmasına neden olmak çok kolaydır.
2) Entegre devre
Entegre devrelerin arıza mekanizması ile ortamın kullanımı arasında büyük bir ilişki vardır, nemli bir ortamda nem, statik elektrik veya elektrik dalgalanmalarının oluşturduğu hasar, metnin çok fazla kullanımı ve entegre devrelerin radyasyon olmayan bir ortamda kullanılması direnç takviyesi de cihazın arızalanmasına neden olabilir.
Alüminyum ile ilgili arayüz etkileri: Silikon bazlı malzemelere sahip elektronik cihazlarda, dielektrik film olarak SiO2 tabakası yaygın olarak kullanılır ve ara bağlantı hatları için bir malzeme olarak alüminyum sıklıkla kullanılır, SiO2 ve alüminyum yüksek sıcaklıklarda kimyasal reaksiyona girer, böylece alüminyum tabakası incelir, reaksiyon tüketimi nedeniyle SiO2 tabakası tükenirse, alüminyum ve silikon arasında doğrudan temasa neden olur.Ek olarak, altın kurşun tel ve alüminyum ara bağlantı hattı veya alüminyum bağlama teli ve boru kabuğunun altın kaplamalı kurşun telinin bağlanması, Au-Al arayüz kontağı üretecektir.Bu iki metalin farklı kimyasal potansiyelleri nedeniyle, uzun süreli kullanımdan veya 200 °C'nin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda depolamadan sonra, çeşitli metaller arası bileşikler üretecek ve bunların kafes sabitleri ve termal genleşme katsayıları nedeniyle bağlanma noktasında farklıdır. büyük bir stres, iletkenlik küçülür.
Metalizasyon korozyonu: Chip üzerindeki alüminyum bağlantı hattı, sıcak ve nemli ortamda su buharı ile korozyona karşı hassastır.Fiyat dengelemesi ve kolay seri üretim nedeniyle, birçok entegre devre reçine ile kapsüllenmiştir, ancak, su buharı alüminyum ara bağlantılara ulaşmak için reçine içinden geçebilir ve dışarıdan getirilen veya reçine içinde çözünen safsızlıklar metalik alüminyum ile hareket ederek neden olur. alüminyum ara bağlantıların korozyonu.
Su buharının neden olduğu delaminasyon etkisi: plastik IC, plastik malzeme ile metal çerçeve ve çip (yaygın olarak "patlamış mısır" etkisi olarak bilinir) arasındaki delaminasyon etkisine ek olarak plastik ve diğer reçine polimer malzemeleri ile kapsüllenmiş entegre devredir. Reçine malzemesi su buharı adsorpsiyon özelliğine sahip olduğundan, su buharı adsorpsiyonunun neden olduğu delaminasyon etkisi de cihazın arızalanmasına neden olacaktır..Başarısızlık mekanizması, plastik sızdırmazlık malzemesindeki suyun yüksek sıcaklıklarda hızlı bir şekilde genleşmesidir, böylece plastik ile diğer malzemeler arasındaki bağlantı ve ciddi durumlarda, plastik sızdırmazlık gövdesi patlar.
2.5 Kapasitif dirençli bileşenler
1) Dirençler
Yaygın olarak kullanılan sargısız dirençler, direnç gövdesinde kullanılan farklı malzemelere göre alaşım tipi, film tipi, kalın film tipi ve sentetik tip olmak üzere dört tipe ayrılabilir.Sabit dirençler için ana arıza modları açık devre, elektriksel parametre kayması vb.'dir;potansiyometreler için ana arıza modları açık devre, elektriksel parametre kayması, gürültü artışı vb.dir. Kullanım ortamı ayrıca elektronik ekipmanın ömrü üzerinde büyük etkisi olan direnç eskimesine yol açacaktır.
Oksidasyon: Direnç gövdesinin oksidasyonu direnç değerini yükseltir ve direnç yaşlanmasına neden olan en önemli faktördür.Değerli metal ve alaşımlardan yapılan rezistans gövdeleri hariç diğer tüm malzemeler havadaki oksijenden zarar görecektir.Oksidasyon uzun vadeli bir etkidir ve diğer faktörlerin etkisi giderek azaldığında oksidasyon ana faktör haline gelir ve yüksek sıcaklık ve yüksek nemli ortamlar dirençlerin oksidasyonunu hızlandırır.Hassas dirençler ve yüksek direnç değerine sahip dirençler için oksidasyonu önlemenin temel önlemi sızdırmazlık korumasıdır.Sızdırmazlık malzemeleri metal, seramik, cam vb. inorganik malzemeler olmalıdır. Organik koruyucu tabaka nem geçirgenliğini ve hava geçirgenliğini tamamen engelleyemez ve sadece oksidasyon ve adsorpsiyonu geciktirici bir rol oynayabilir.
Bağlayıcının eskimesi: Organik sentetik dirençler için organik bağlayıcının eskimesi, direncin kararlılığını etkileyen ana faktördür.Organik bağlayıcı esas olarak, direncin imalat işlemi sırasında ısıl işlemle yüksek oranda polimerize edilmiş bir ısıyla sertleşen polimere dönüştürülen sentetik bir reçinedir.Polimer yaşlanmasına neden olan ana faktör oksidasyondur.Oksidasyon tarafından üretilen serbest radikaller, polimeri daha fazla iyileştiren ve onu kırılgan hale getiren, elastikiyet kaybına ve mekanik hasara neden olan polimer moleküler bağlarının menteşelenmesine neden olur.Bağlayıcının kürlenmesi, direncin hacim olarak küçülmesine, iletken parçacıklar arasındaki temas basıncının artmasına ve temas direncinin düşmesine neden olarak direncin azalmasına neden olur, ancak bağlayıcının mekanik olarak hasar görmesi de direnci artırır.Genellikle bağlayıcının kürlenmesi daha önce gerçekleşir, mekanik hasar daha sonra meydana gelir, bu nedenle organik sentetik dirençlerin direnç değeri aşağıdaki modeli gösterir: aşamanın başında bir miktar düşüş, ardından artışa dönüşür ve bir artış eğilimi vardır.Polimerlerin yaşlanması sıcaklık ve ışıkla yakından ilişkili olduğundan, sentetik dirençler yüksek sıcaklık ortamında ve güçlü ışığa maruz kalma altında yaşlanmayı hızlandıracaktır.
Elektrik yükü altında yaşlanma: Bir dirence yük uygulamak, yaşlanma sürecini hızlandıracaktır.DC yükü altında, elektrolitik etki ince film dirençlerine zarar verebilir.Elektroliz, yarıklı bir direncin yuvaları arasında meydana gelir ve direnç substratı, alkali metal iyonları içeren bir seramik veya cam malzeme ise, iyonlar, yuvalar arasındaki elektrik alanın etkisi altında hareket eder.Nemli ortamda bu süreç daha şiddetli ilerler.
2) Kondansatörler
Kapasitörlerin arıza modları kısa devre, açık devre, elektriksel parametrelerin bozulması (kapasite değişikliği, teğet kayıp açısının artması ve yalıtım direncinin azalması dahil), sıvı sızıntısı ve kurşun korozyon kırılmasıdır.
Kısa devre: Yüksek sıcaklık ve düşük hava basıncında kutuplar arasındaki kenarda uçan ark, kondansatörlerin kısa devre yapmasına neden olur, ayrıca harici şok gibi mekanik stres de dielektrikte geçici kısa devreye neden olur.
Açık devre: Nemli ve sıcak ortamın neden olduğu kurşun tellerin ve elektrot temaslarının oksitlenmesi, düşük seviyede erişilemezliğe ve anot kurşun folyonun korozyon kırılmasına neden olur.
Elektriksel parametrelerin bozulması: Nemli ortamın etkisiyle elektriksel parametrelerin bozulması.
2.6 Pano düzeyinde devre
Baskılı devre kartı esas olarak yalıtkan alt tabakadan, metal kablolamadan ve farklı tel katmanlarının bağlanmasından, lehim bileşenleri "pedlerden" oluşur.Ana rolü, elektronik bileşenler için bir taşıyıcı sağlamak ve elektrik ve mekanik bağlantıların rolünü oynamaktır.
Baskılı devre kartının arıza modu temel olarak zayıf lehimleme, açık ve kısa devre, kabarcıklanma, patlama kartı delaminasyonu, kart yüzeyi korozyonu veya renk atması, tahta bükülmesini içerir.
Gönderim zamanı: Kasım-21-2022