Šiame darbe nagrinėjami elektroninių komponentų gedimų režimai ir gedimo mechanizmai bei pateikiama jų jautri aplinka, kad būtų galima rasti informacijos kuriant elektroninius gaminius.
1. Tipiniai komponentų gedimo režimai
Serijos numeris
Elektroninio komponento pavadinimas
Su aplinka susiję gedimo režimai
Aplinkos stresas
1. Elektromechaniniai komponentai
Dėl vibracijos nuovargio nutrūksta ritės ir atsipalaiduoja kabeliai.
Vibracija, šokas
2. Puslaidininkiniai mikrobangų prietaisai
Aukšta temperatūra ir temperatūros smūgis sukelia sluoksniuotumą tarp pakuotės medžiagos ir lusto sąsajos bei tarp pakuotės medžiagos ir lusto laikiklio sąsajos plastiku užsandarinto mikrobangų krosnelės monolito.
Aukšta temperatūra, temperatūros šokas
3. Hibridiniai integriniai grandynai
Smūgis sukelia keraminio pagrindo įtrūkimus, temperatūros šokas – kondensatoriaus galo elektrodo įtrūkimus, o temperatūros ciklas – lydmetalio gedimą.
Šokas, temperatūros ciklas
4. Diskretieji įrenginiai ir integriniai grandynai
Terminis gedimas, lusto litavimo gedimas, vidinio švino sujungimo gedimas, smūgis, dėl kurio plyšta pasyvinis sluoksnis.
Aukšta temperatūra, smūgis, vibracija
5. Varžiniai komponentai
Šerdies substrato plyšimas, varžinės plėvelės plyšimas, švino lūžimas
Šokas, aukšta ir žema temperatūra
6. Plokštės lygio grandinė
Įtrūkę litavimo jungtys, įtrūkusios varinės skylės.
Aukštos temperatūros
7. Elektrinis vakuumas
Įkaitusios vielos nuovargio lūžis.
Vibracija
2, tipinių komponentų gedimo mechanizmo analizė
Elektroninių komponentų gedimo režimas yra ne viena, o tik tipinių komponentų jautrios aplinkos tolerancijos ribinės analizės reprezentacinė dalis, siekiant padaryti bendresnę išvadą.
2.1 Elektromechaniniai komponentai
Tipiški elektromechaniniai komponentai apima elektros jungtis, reles ir tt Gedimo režimai yra išsamiai išanalizuoti, atsižvelgiant į abiejų tipų komponentų struktūrą.
1) Elektros jungtys
Elektros jungtis pagal korpusą, izoliatorių ir trijų pagrindinių mazgų kontaktinį korpusą, gedimo režimas apibendrinamas kontaktų gedimo, izoliacijos gedimo ir mechaninio gedimo trijų formų gedime.Pagrindinė elektros jungties gedimo forma kontakto gedimui, jos veikimo sutrikimas: kontaktas dėl momentinio pertrūkio ir kontakto varža didėja.Dėl elektros jungčių kontaktinės varžos ir medžiagos laidininko varžos, kai per elektros jungtį teka srovė, kontaktinė varža ir metalinės medžiagos laidininko varža generuos džaulio šilumą, o džaulio šiluma padidins šilumą, todėl padidės kontaktinio taško temperatūra, per aukšta kontaktinio taško temperatūra privers metalo kontaktinį paviršių suminkštėti, išsilydyti ar net užvirti, bet taip pat padidins kontaktinį pasipriešinimą, taip sukeldamas kontakto gedimą..Esant aukštai temperatūrai, kontaktinės dalys taip pat atsiras šliaužimo reiškiniu, todėl kontaktinis slėgis tarp kontaktinių dalių mažės.Kai kontaktinis slėgis tam tikru mastu sumažėja, kontaktinis pasipriešinimas smarkiai padidės ir galiausiai prastas elektros kontaktas, dėl kurio kontaktas nutrūks.
Kita vertus, elektros jungtis sandėliuojant, transportuojant ir dirbant bus veikiama įvairių vibracijos apkrovų ir smūginių jėgų, kai išorinės vibracijos apkrovos sužadinimo dažnis ir elektros jungtys, artimos būdingajam dažniui, sukels elektros jungties rezonansą. reiškinys, dėl kurio tarpas tarp kontaktinių dalių tampa didesnis, tarpas tam tikru mastu padidėja, kontaktinis slėgis akimirksniu išnyks, todėl elektrinis kontaktas „nutrūksta“.Esant vibracijai, smūgio apkrovai, elektros jungtis sukurs vidinį įtempį, kai įtempis viršys medžiagos takumo ribą, medžiaga bus pažeista ir lūžta;Dėl šio ilgalaikio streso medžiaga taip pat bus pažeista nuovargio metu ir galiausiai suges.
2) Relė
Elektromagnetinės relės paprastai yra sudarytos iš šerdies, ritės, armatūros, kontaktų, nendrių ir pan.Kol abiejuose ritės galuose bus pridėta tam tikra įtampa, ritėje tekės tam tikra srovė, taip sukeldama elektromagnetinį efektą, armatūra, įveikusi elektromagnetinę traukos jėgą, grįš į spyruoklės trauką į šerdį, kuri savo ruožtu priverčia užsidaryti armatūros judančius kontaktus ir statinius kontaktus (paprastai atvirus kontaktus).Kai ritė išjungiama, elektromagnetinė siurbimo jėga taip pat išnyksta, armatūra grįš į pradinę padėtį veikiant spyruoklės reakcijos jėgai, kad judantis kontaktas ir pradinis statinis kontaktas (paprastai uždaras kontaktas) išsiurbtų.Šis siurbimas ir atleidimas, tokiu būdu pasiekiant laidumo tikslą ir nutraukiamas grandinėje.
Pagrindiniai elektromagnetinių relių bendro gedimo būdai yra: relė normaliai atidaryta, relė normaliai uždaryta, relės dinaminis spyruoklės veikimas neatitinka reikalavimų, kontaktų uždarymas po to, kai relės elektriniai parametrai viršija prastus.Dėl elektromagnetinių relių gamybos proceso trūkumo daugelis elektromagnetinių relių gamybos procese nesugeba užtikrinti paslėptų pavojų, pvz., mechaninio įtempių sumažinimo laikotarpis yra per trumpas, todėl po liejimo dalių deformacijos susidaro mechaninė struktūra, likučių pašalinimas nėra išnaudotas. Dėl to PIND testas nepavyko ar net nepavyko, gamykliniai bandymai ir atrankos naudojimas nėra griežti, kad prietaiso gedimas būtų naudojamas ir tt. Smūgio aplinka gali sukelti plastikinę metalinių kontaktų deformaciją, dėl kurios suges relė.Projektuojant įrangą, kurioje yra relės, būtina atsižvelgti į poveikio aplinkai pritaikymą.
2.2 Puslaidininkiniai mikrobangų komponentai
Mikrobangų puslaidininkiniai įtaisai yra komponentai, pagaminti iš Ge, Si ir III ~ V sudėtinių puslaidininkinių medžiagų, veikiančių mikrobangų juostoje.Jie naudojami elektroninėje įrangoje, tokioje kaip radaras, elektroninės karo sistemos ir mikrobangų ryšio sistemos.Atskiros mikrobangų įrenginio pakuotės, be elektrinių jungčių ir mechaninės bei cheminės šerdies ir kaiščių apsaugos, projektuojant ir parenkant korpusą taip pat turėtų būti atsižvelgta į korpuso parazitinių parametrų įtaką įrenginio mikrobangų perdavimo charakteristikoms.Mikrobangų krosnelės korpusas taip pat yra grandinės dalis, kuri pati sudaro visą įvesties ir išvesties grandinę.Todėl korpuso forma ir struktūra, dydis, dielektrinė medžiaga, laidininko konfigūracija ir kt. turi atitikti komponentų mikrobangų charakteristikas ir grandinės taikymo aspektus.Šie veiksniai lemia tokius parametrus kaip talpa, elektros laidų varža, charakteristinė varža ir vamzdžio korpuso laidininko bei dielektriniai nuostoliai.
Aplinkai svarbūs mikrobangų puslaidininkinių komponentų gedimo būdai ir mechanizmai daugiausia apima vartų metalo kriauklę ir varžinių savybių pablogėjimą.Vartų metalo kriauklė atsiranda dėl termiškai pagreitintos vartų metalo (Au) difuzijos į GaAs, todėl šis gedimo mechanizmas dažniausiai atsiranda pagreitinto eksploatavimo bandymo metu arba dirbant itin aukštoje temperatūroje.Vartų metalo (Au) difuzijos į GaAs greitis priklauso nuo vartų metalo medžiagos difuzijos koeficiento, temperatūros ir medžiagos koncentracijos gradiento.Norint sukurti nepriekaištingą grotelių struktūrą, prietaiso veikimui neturi įtakos labai lėtas difuzijos greitis esant normaliai darbo temperatūrai, tačiau difuzijos greitis gali būti reikšmingas, kai dalelių ribos yra didelės arba yra daug paviršiaus defektų.Rezistoriai dažniausiai naudojami mikrobangų monolitinėse integrinėse grandinėse grįžtamojo ryšio grandinėms, aktyvių įrenginių poslinkio taškui nustatyti, izoliacijai, galios sintezei ar sujungimo pabaigai, yra dvi atsparumo struktūros: metalo plėvelės atsparumas (TaN, NiCr) ir lengvai legiruotas GaAs. plono sluoksnio atsparumas.Bandymai rodo, kad NiCr atsparumo pablogėjimas dėl drėgmės yra pagrindinis jo gedimo mechanizmas.
2.3 Hibridiniai integriniai grandynai
Tradicinės hibridinės integrinės grandinės, atsižvelgiant į storos plėvelės kreipiančiosios juostos pagrindo paviršių, plonos plėvelės kreipiančiosios juostos procesas skirstomas į dvi storosios plėvelės hibridinių integrinių grandynų ir plonasluoksnių hibridinių integrinių grandynų kategorijas: tam tikras mažos spausdintinės plokštės (PCB) grandines, dėl spausdintinės grandinės yra plėvelės pavidalo plokščio plokštės paviršiuje, kad susidarytų laidus raštas, taip pat klasifikuojamas kaip hibridinės integrinės grandinės.Atsiradus kelių lustų komponentams, šis pažangus hibridinis integrinis grandynas, jo substrato unikali daugiasluoksnė laidų struktūra ir kiaurymės proceso technologija pavertė komponentus hibridine integrine grandine didelio tankio sujungimo struktūroje, kuri yra sinonimas naudojamam substratui. kelių lustų komponentuose ir apima: daugiasluoksnį ploną plėvelę, daugiasluoksnį storą plėvelę, kartu deginamą aukštoje temperatūroje, žemoje temperatūroje, silicio pagrindu, daugiasluoksnį PCB substratą ir kt.
Hibridinių integrinių grandynų aplinkos įtempių gedimo režimai daugiausia apima elektros atviros grandinės gedimą, atsirandantį dėl pagrindo įtrūkimų ir suvirinimo tarp komponentų ir storosios plėvelės laidininkų, komponentų ir plonasluoksnių laidininkų, pagrindo ir korpuso.Mechaninis poveikis dėl gaminio kritimo, šiluminis smūgis dėl litavimo operacijos, papildomas įtempis, kurį sukelia pagrindo deformacijos nelygumai, šoninis tempimo įtempis dėl pagrindo ir metalinio korpuso bei jungiamosios medžiagos terminio neatitikimo, mechaninis įtempis arba terminio įtempio koncentracija, kurią sukelia vidiniai pagrindo defektai, galima žala. Dėl pagrindo gręžimo ir pagrindo pjovimo vietiniai mikro įtrūkimai galiausiai sukelia išorinį mechaninį įtempį, didesnį nei būdingas keraminio pagrindo mechaninis stiprumas. Rezultatas yra gedimas.
Lydmetalio konstrukcijos yra jautrios pasikartojantiems temperatūros ciklo įtempiams, dėl kurių litavimo sluoksnis gali nuvargti, dėl to sumažėja sukibimo stiprumas ir padidėja šiluminė varža.Alavo pagrindu pagamintam kaliojo lydmetalio klasei temperatūros ciklinis įtempis lemia lydmetalio sluoksnio terminį nuovargį dėl to, kad dviejų lydmetaliu sujungtų konstrukcijų šiluminio plėtimosi koeficientas yra nenuoseklus, ar lydmetalio poslinkio deformacija ar šlyties deformacija, po pakartotinio litavimo sluoksnio nuovargio įtrūkimų išsiplėtimas ir išplėtimas, galiausiai sukeliantis lydmetalio sluoksnio nuovargio gedimą.
2.4 Atskirieji įrenginiai ir integriniai grandynai
Puslaidininkiniai diskretiniai įtaisai pagal plačias kategorijas skirstomi į diodus, dvipolius tranzistorius, MOS lauko efekto vamzdžius, tiristorius ir izoliuotus dvipolius tranzistorius.Integriniai grandynai turi platų pritaikymo spektrą ir gali būti suskirstyti į tris kategorijas pagal jų funkcijas, būtent skaitmeninius integrinius grandynus, analoginius integrinius grandynus ir mišrius skaitmeninius-analoginius integrinius grandynus.
1) Atskirieji įrenginiai
Diskretieji įrenginiai yra įvairių tipų ir turi savo specifiškumą dėl skirtingų funkcijų ir procesų, o gedimo efektyvumas labai skiriasi.Tačiau, kaip pagrindiniai įrenginiai, sudaryti naudojant puslaidininkinius procesus, jų gedimo fizikoje yra tam tikrų panašumų.Pagrindiniai gedimai, susiję su išorine mechanika ir natūralia aplinka, yra terminis gedimas, dinaminė lavina, lustų litavimo gedimas ir vidinis švino sujungimo gedimas.
Terminis gedimas: terminis arba antrinis gedimas yra pagrindinis gedimo mechanizmas, turintis įtakos puslaidininkių galios komponentams, o didžioji dalis žalos naudojimo metu yra susijusi su antrinio gedimo reiškiniu.Antrinis suskirstymas skirstomas į pirminio poslinkio antrinį suskirstymą ir atvirkštinio poslinkio antrinį suskirstymą.Pirmasis yra daugiausia susijęs su paties prietaiso šiluminėmis savybėmis, tokiomis kaip prietaiso dopingo koncentracija, vidinė koncentracija ir kt., o antroji yra susijusi su lavinų dauginimu erdvės krūvio srityje (pavyzdžiui, šalia kolektoriaus). iš kurių visada lydi srovės koncentracija įrenginio viduje.Taikant tokius komponentus, ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas šiluminei apsaugai ir šilumos išsklaidymui.
Dinaminė lavina: dinaminio išjungimo metu dėl išorinių ar vidinių jėgų srovės valdomas susidūrimo jonizacijos reiškinys, atsirandantis įrenginio viduje, veikiamas laisvojo nešiklio koncentracijos, sukelia dinaminę laviną, kuri gali atsirasti dvipoliuose įrenginiuose, dioduose ir IGBT.
Smulkinto lydmetalio gedimas: pagrindinė priežastis yra ta, kad lustas ir lydmetalis yra skirtingos medžiagos, turinčios skirtingus šiluminio plėtimosi koeficientus, todėl esant aukštai temperatūrai atsiranda terminis neatitikimas.Be to, litavimo tuštumų buvimas padidina prietaiso šiluminę varžą, dėl to pablogėja šilumos išsklaijimas ir susidaro karštos vietos vietinėje srityje, pakyla jungties temperatūra ir atsiranda su temperatūra susijusių gedimų, pvz., elektromigracija.
Vidinis švino sukibimo gedimas: daugiausia korozijos gedimas sukibimo taške, kurį sukelia aliuminio korozija, kurią sukelia vandens garai, chloro elementai ir kt. karštoje ir drėgnoje druskos purškimo aplinkoje.Aliuminio sujungimo laidų nuovargio lūžis, atsirandantis dėl temperatūros ciklo arba vibracijos.Modulio pakuotėje esantis IGBT yra didelio dydžio, o netinkamai sumontavus jį labai lengva sukelti įtempių koncentraciją, dėl kurios modulio vidiniai laidai lūžta nuo nuovargio.
2) Integrinis grandynas
Integrinių grandynų gedimų mechanizmas ir aplinkos panaudojimas turi puikų ryšį, drėgnoje aplinkoje esanti drėgmė, statinės elektros ar elektros viršįtampių sukeliami pažeidimai, per didelis teksto naudojimas ir integrinių grandynų naudojimas radiacinėje aplinkoje be spinduliuotės. atsparumo sustiprinimas taip pat gali sukelti įrenginio gedimą.
Sąsajos efektai, susiję su aliuminiu: Elektroniniuose įrenginiuose su silicio pagrindo medžiagomis SiO2 sluoksnis kaip dielektrinė plėvelė yra plačiai naudojamas, o aliuminis dažnai naudojamas kaip jungiamųjų linijų medžiaga, SiO2 ir aliuminis aukštoje temperatūroje bus cheminė reakcija, kad aliuminio sluoksnis taptų plonas, jei SiO2 sluoksnis išeikvotų dėl reakcijos, sukels tiesioginį aliuminio ir silicio kontaktą.Be to, auksinė švino viela ir aliuminio sujungimo linija arba aliuminio jungiamoji viela ir vamzdžio korpuso paauksuoto švino laido sujungimas sukurs Au-Al sąsajos kontaktą.Dėl skirtingo šių dviejų metalų cheminio potencialo, ilgai naudojant arba laikant aukštoje, aukštesnėje nei 200 ℃ temperatūroje, susidarys įvairūs intermetaliniai junginiai, o dėl jų gardelės konstantos ir šiluminio plėtimosi koeficientai skiriasi jungimosi taške. esant dideliam įtempimui, laidumas tampa mažas.
Metalizavimo korozija: Aliuminio jungties linija ant lusto yra jautri vandens garų korozijai karštoje ir drėgnoje aplinkoje.Dėl kainų kompensavimo ir lengvos masinės gamybos daugelis integrinių grandynų yra apklijuoti derva, tačiau vandens garai gali prasiskverbti pro dervą ir pasiekti aliuminio jungtis, o iš išorės atneštos arba dervoje ištirpusios priemaišos veikia kartu su metaliniu aliuminiu ir sukelia aliuminio jungčių korozija.
Vandens garų sukeltas sluoksniavimosi efektas: plastikinis IC yra integruotas grandynas, apgaubtas plastiku ir kitomis dervos polimerinėmis medžiagomis, be plastikinės medžiagos ir metalinio rėmo bei lusto sluoksniavimo efekto (paprastai žinomas kaip „spragėsių“ efektas), Kadangi dervos medžiaga turi vandens garų adsorbcijos ypatybes, dėl vandens garų adsorbcijos sukeliamo delaminacijos poveikio įrenginys taip pat suges..Gedimo mechanizmas yra greitas vandens išsiplėtimas plastikinėje sandarinimo medžiagoje aukštoje temperatūroje, todėl plastiko ir jo tvirtinimo nuo kitų medžiagų atsiskyrimas, o rimtais atvejais plastikinis sandarinimo korpusas sprogs.
2.5 Talpiniai varžiniai komponentai
1) Rezistoriai
Įprasti neapvijų rezistoriai gali būti suskirstyti į keturis tipus pagal skirtingas rezistoriaus korpuse naudojamas medžiagas, būtent lydinio tipą, plėvelės tipą, storos plėvelės tipą ir sintetinį tipą.Fiksuotų rezistorių pagrindiniai gedimo režimai yra atvira grandinė, elektrinių parametrų dreifas ir kt.;o potenciometrams pagrindiniai gedimo režimai yra atvira grandinė, elektrinių parametrų poslinkis, triukšmo padidėjimas ir kt. Naudojimo aplinka taip pat lems rezistorių senėjimą, o tai turi didelę įtaką elektroninės įrangos eksploatavimo trukmei.
Oksidacija: rezistoriaus korpuso oksidacija padidins varžos vertę ir yra svarbiausias veiksnys, sukeliantis rezistoriaus senėjimą.Išskyrus rezistorių korpusus, pagamintus iš tauriųjų metalų ir lydinių, visas kitas medžiagas pažeis ore esantis deguonis.Oksidacija yra ilgalaikis poveikis, o kai kitų veiksnių įtaka palaipsniui mažėja, oksidacija taps pagrindiniu veiksniu, o aukšta temperatūra ir didelė drėgmė aplinka paspartins rezistorių oksidaciją.Tiksliųjų rezistorių ir didelės varžos vertės rezistorių pagrindinė oksidacijos prevencijos priemonė yra sandarinimo apsauga.Sandarinimo medžiagos turi būti neorganinės medžiagos, tokios kaip metalas, keramika, stiklas ir tt Organinis apsauginis sluoksnis negali visiškai apsaugoti nuo drėgmės ir oro pralaidumo, o gali tik sulėtinti oksidaciją ir adsorbciją.
Rišiklio senėjimas: Organinių sintetinių rezistorių atveju organinio rišiklio senėjimas yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos rezistoriaus stabilumui.Organinis rišiklis daugiausia yra sintetinė derva, kuri gaminant rezistorių termiškai apdorojant paverčiama labai polimerizuotu termoreaktingu polimeru.Pagrindinis polimero senėjimo veiksnys yra oksidacija.Oksidacijos metu susidarantys laisvieji radikalai sukelia polimero molekulinių ryšių vyrius, dėl kurių polimeras dar labiau sukietėja ir tampa trapus, todėl prarandamas elastingumas ir mechaniniai pažeidimai.Kietėjant rišikliui, rezistoriaus tūris susitraukia, didėja kontaktinis slėgis tarp laidžių dalelių ir mažėja kontaktinė varža, todėl varža mažėja, tačiau dėl mechaninio rišiklio pažeidimo atsparumas taip pat didėja.Paprastai rišiklis sukietėja prieš, mechaniniai pažeidimai atsiranda po to, todėl organinių sintetinių rezistorių varžos vertė rodo tokį modelį: etapo pradžioje šiek tiek mažėja, tada pakrypsta į didėjimą ir yra tendencija didėti.Kadangi polimerų senėjimas yra glaudžiai susijęs su temperatūra ir šviesa, sintetiniai rezistoriai pagreitins senėjimą esant aukštai temperatūrai ir stipriai šviesai.
Senėjimas veikiant elektros apkrovai: apkrovos taikymas rezistorių paspartins jo senėjimo procesą.Esant nuolatinei apkrovai, elektrolitinis veiksmas gali pažeisti plonasluoksnius rezistorius.Elektrolizė vyksta tarp plyšinio rezistoriaus plyšių, o jei rezistoriaus substratas yra keramikos arba stiklo medžiaga, kurioje yra šarminių metalų jonų, jonai juda veikiami elektrinio lauko tarp plyšių.Drėgnoje aplinkoje šis procesas vyksta smarkiau.
2) Kondensatoriai
Kondensatorių gedimo režimai yra trumpasis jungimas, atvira grandinė, elektrinių parametrų pablogėjimas (įskaitant talpos pasikeitimą, nuostolių kampo tangento padidėjimą ir izoliacijos varžos sumažėjimą), skysčio nutekėjimas ir švino korozijos trūkimas.
Trumpasis jungimas: Skraidantis lankas krašte tarp polių esant aukštai temperatūrai ir žemam oro slėgiui sukels kondensatorių trumpąjį jungimą, be to, mechaninis įtempis, pavyzdžiui, išorinis smūgis, taip pat sukels trumpalaikį dielektriko trumpąjį jungimą.
Atvira grandinė: švino laidų ir elektrodų kontaktų oksidacija, kurią sukelia drėgna ir karšta aplinka, dėl kurios anodo švino folija tampa nepasiekiama ir lūžta dėl korozijos.
Elektrinių parametrų pablogėjimas: Elektrinių parametrų pablogėjimas dėl drėgnos aplinkos įtakos.
2.6 Plokštės lygio grandinė
Spausdintinė plokštė daugiausia sudaryta iš izoliacinio pagrindo, metalinių laidų ir skirtingų laidų sluoksnių sujungimo, litavimo komponentų "trinkelių".Pagrindinis jo vaidmuo yra teikti elektroninių komponentų laikiklį ir atlikti elektrinių bei mechaninių jungčių vaidmenį.
Spausdintinės plokštės gedimo režimas daugiausia apima prastą litavimą, atvirą ir trumpąjį jungimą, pūslių susidarymą, plokštės trūkimą, plokštės paviršiaus koroziją ar spalvos pasikeitimą, plokštės lenkimą.
Paskelbimo laikas: 2022-11-21