У овом раду се проучавају начини квара и механизми квара електронских компоненти и дају се њихова осетљива окружења како би се пружила нека референца за дизајн електронских производа.
1. Типични начини квара компоненти
Серијски број
Име електронске компоненте
Режими квара у вези са окружењем
Стрес животне средине
1. Електромеханичке компоненте
Вибрације изазивају лом калемова због замора и лабављење каблова.
Вибрације, шок
2. Полупроводнички микроталасни уређаји
Висока температура и температурни шок доводе до раслојавања на интерфејсу између материјала паковања и чипа, као и између материјала паковања и интерфејса држача чипа пластично запечаћеног микроталасног монолита.
Висока температура, температурни шок
3. Хибридна интегрисана кола
Удар доводи до пуцања керамичке подлоге, температурни удар доводи до пуцања на крају електроде кондензатора, а цикличке промене температуре доводе до квара лема.
Шок, температурни циклус
4. Дискретни уређаји и интегрисана кола
Термички квар, квар лемљења чипова, квар унутрашњег повезивања олова, удар који доводи до руптуре слоја пасивације.
Висока температура, удар, вибрације
5. Отпорне компоненте
Пукнуће подлоге језгра, пуцање отпорног филма, лом олова
Шок, висока и ниска температура
6. Коло нивоа плоче
Напукли лемни спојеви, изломљене бакарне рупе.
Висока температура
7. Електрични вакуум
Заморни прелом топле жице.
Вибрације
2, анализа механизма типичног квара компоненте
Режим квара електронских компоненти није појединачни, само репрезентативни део типичне компоненте осетљиве на анализу границе толеранције окружења, како би се добио општији закључак.
2.1 Електромеханичке компоненте
Типичне електромеханичке компоненте укључују електричне конекторе, релеје, итд. Начини квара су детаљно анализирани са структуром два типа компоненти.
1) Електрични конектори
Електрични конектор преко омотача, изолатора и контактног тела три основне јединице, режим квара је сажет у квару контакта, квару изолације и механичком квару три облика квара.Главни облик квара електричног конектора за квар контакта, квар његових перформанси: контакт на тренутном прекиду и отпор контакта се повећава.За електричне конекторе, због постојања контактног отпора и отпора материјалног проводника, када струја протиче кроз електрични конектор, отпор контакта и отпор проводника металног материјала ће генерисати џулову топлоту, џулова топлота ће повећати топлоту, што доводи до повећања температура контактне тачке, превисока температура контактне тачке ће довести до омекшавања, топљења или чак кључања контактне површине метала, али и повећања контактног отпора, што ће изазвати неуспјех контакта..У улози окружења високе температуре, контактни делови ће се појавити и феномен пузања, због чега се контактни притисак између контактних делова смањује.Када се контактни притисак смањи до одређене мере, отпор контакта ће се нагло повећати и на крају изазвати лош електрични контакт, што доводи до квара контакта.
С друге стране, електрични конектор у складиштењу, транспорту и раду биће подложан разним оптерећењима вибрацијама и ударним силама, када ће фреквенција ексцитације спољашњег вибрационог оптерећења и електрични конектори близу инхерентне фреквенције, довести до резонанције електричног конектора. феномен, који резултира да размак између контактних делова постаје већи, размак се повећава до одређене мере, контактни притисак ће тренутно нестати, што ће резултирати електричним контактом "тренутним прекидом".У вибрацијама, ударном оптерећењу, електрични конектор ће генерисати унутрашњи стрес, када напон премашује границу течења материјала, проузроковаће материјалну штету и лом;у улози овог дуготрајног напрезања, материјал ће такође доћи до оштећења од замора, и на крају изазвати квар.
2) Релеј
Електромагнетни релеји се углавном састоје од језгара, калемова, арматура, контаката, трска и тако даље.Све док се одређени напон додаје на оба краја завојнице, одређена струја ће тећи у завојници, стварајући тако електромагнетни ефекат, арматура ће савладати електромагнетну силу привлачења да би се вратила на опругу која повлачи језгро, што заузврат покреће покретне контакте арматуре и статичке контакте (нормално отворене контакте) да се затворе.Када се завојница искључи, електромагнетна сила усисавања такође нестаје, арматура ће се вратити у првобитни положај под реакционом силом опруге, тако да покретни контакт и оригинални статички контакт (нормално затворени контакт) усисавају.Ово усисавање и ослобађање, чиме се постиже сврха проводљивости и прекида у колу.
Главни начини укупног квара електромагнетних релеја су: релеј нормално отворен, релеј нормално затворен, релејно динамичко дејство опруге не испуњава захтеве, затварање контакта након што електрични параметри релеја премаше лоше.Због недостатка процеса производње електромагнетних релеја, многи електромагнетни релеји не успевају у производном процесу како би поставили квалитет скривених опасности, као што је период ослобађања од механичког напрезања прекратак што доводи до механичке структуре након деформације делова за калупљење, уклањање остатака није исцрпљено што резултира неуспехом ПИНД теста или чак неуспехом, фабричко тестирање и коришћење скрининга нису стриктни тако да квар уређаја у употреби итд. Ударно окружење ће вероватно изазвати пластичну деформацију металних контаката, што ће резултирати кваром релеја.У пројектовању опреме која садржи релеје, потребно је фокусирати се на прилагодљивост окружења утицаја које треба узети у обзир.
2.2 Полупроводничке микроталасне компоненте
Микроталасни полупроводнички уређаји су компоненте направљене од Ге, Си и сложених полупроводничких материјала ИИИ ~ В који раде у микроталасном опсегу.Користе се у електронској опреми као што су радари, системи за електронско ратовање и микроталасни комуникациони системи.Паковање микроталасног дискретног уређаја поред обезбеђивања електричних прикључака и механичке и хемијске заштите за језгро и пинове, дизајн и избор кућишта треба да узме у обзир и утицај паразитних параметара кућишта на карактеристике микроталасног преноса уређаја.Кућиште микроталасне пећнице је такође део кола, које само по себи чини комплетно улазно и излазно коло.Према томе, облик и структура кућишта, величина, диелектрични материјал, конфигурација проводника итд. треба да одговарају микроталасним карактеристикама компоненти и аспектима примене кола.Ови фактори одређују параметре као што су капацитивност, електрични отпор водова, карактеристична импеданса и губици проводника и диелектрика кућишта цеви.
Еколошки релевантни начини квара и механизми микроталасних полупроводничких компоненти углавном укључују понор метала капије и деградацију отпорних својстава.Понор метала капије је последица термички убрзане дифузије метала капије (Ау) у ГаАс, тако да се овај механизам квара јавља углавном током убрзаних тестова века трајања или рада на екстремно високим температурама.Брзина дифузије метала капије (Ау) у ГаАс је функција коефицијента дифузије материјала метала капије, температуре и градијента концентрације материјала.За савршену структуру решетке, на перформансе уређаја не утиче веома спора брзина дифузије при нормалним радним температурама, међутим, брзина дифузије може бити значајна када су границе честица велике или има много површинских дефеката.Отпорници се обично користе у микроталасним монолитним интегрисаним колима за повратна кола, постављање тачке пристрасности активних уређаја, изолацију, синтезу снаге или крај спајања, постоје две структуре отпора: отпор металног филма (ТаН, НиЦр) и лагано допирани ГаАс отпорност на танки слој.Испитивања показују да је деградација НиЦр отпорности узрокована влажношћу главни механизам његовог квара.
2.3 Хибридна интегрисана кола
Традиционална хибридна интегрисана кола, према површини супстрата траке за вођење дебелог филма, процес траке за вођење танког филма подељен је у две категорије хибридних интегрисаних кола дебелог филма и хибридних интегрисаних кола са танким филмом: одређена кола малих штампаних кола (ПЦБ), због штампаног кола је у облику филма на равној површини плоче да формира проводни узорак, такође класификован као хибридна интегрисана кола.Са појавом компоненти са више чипова, ово напредно хибридно интегрисано коло, његова јединствена структура вишеслојног ожичења подлоге и процесна технологија кроз рупе, учинили су да компоненте постану хибридно интегрисано коло у структури међусобног повезивања високе густине која је синоним за коришћени супстрат. у компонентама са више чипова и укључују: вишеслојне танке филмове, вишеслојне дебелог филма, заједничко печење на високој температури, заједничко печење на ниској температури, на бази силицијума, вишеслојну подлогу ПЦБ-а итд.
Режими квара хибридног интегрисаног кола под стресом у околини углавном укључују квар електричног отвореног кола изазваног пуцањем подлоге и кваром заваривања између компоненти и дебелослојних проводника, компоненти и танкослојних проводника, супстрата и кућишта.Механички удар услед пада производа, топлотног удара услед рада лемљења, додатног напрезања изазваног неравнинама савијања подлоге, бочног затезног напрезања услед термичке неусклађености између подлоге и металног кућишта и материјала за везивање, механичког напрезања или концентрације топлотног напрезања изазваног унутрашњим дефектима подлоге, потенцијалним оштећењима узроковане бушењем подлоге и резањем подлоге, локалне микро пукотине, на крају доводе до спољашњег механичког напрезања већег од инхерентне механичке чврстоће керамичке подлоге која Резултат је квар.
Лемне структуре су подложне поновљеним температурним циклусима, што може довести до термичког замора слоја лемљења, што резултира смањеном чврстоћом везивања и повећаном топлотном отпорношћу.За класу дуктилног лема на бази калаја, улога температурног цикличког напрезања доводи до термичког замора слоја лемљења због тога што је коефицијент топлотног ширења две структуре повезане лемом недоследан, да ли је деформација померања лема или деформација смицања, након више пута, слој лемљења са проширењем и продужавањем пукотина од замора, што на крају доводи до квара слоја лемног слоја од замора.
2.4 Дискретни уређаји и интегрисана кола
Полупроводнички дискретни уређаји су подељени на диоде, биполарне транзисторе, МОС цеви са ефектом поља, тиристоре и биполарне транзисторе са изолованим вратима по широким категоријама.Интегрисана кола имају широк спектар примена и могу се поделити у три категорије према својим функцијама, а то су дигитална интегрисана кола, аналогна интегрисана кола и мешовита дигитално-аналогна интегрисана кола.
1) Дискретни уређаји
Дискретни уређаји су различитих типова и имају своју специфичност због различитих функција и процеса, са значајним разликама у перформансама квара.Међутим, као основни уређаји формирани полупроводничким процесима, постоје одређене сличности у њиховој физици квара.Главни кварови који се односе на спољашњу механику и природно окружење су термички слом, динамичка лавина, квар лемљења чипова и квар унутрашњег повезивања олова.
Топлотни квар: Топлотни квар или секундарни квар је главни механизам квара који утиче на компоненте напајања полупроводника, а већина оштећења током употребе повезана је са феноменом секундарног квара.Секундарни слом је подељен на секундарни слом унапред и обрнуто.Прво се углавном односи на сопствена термичка својства уређаја, као што су концентрација допинга у уређају, интринзична концентрација, итд., док се друго односи на лавинско умножавање носилаца у области просторног набоја (као што је у близини колектора), оба од којих су увек праћене концентрацијом струје унутар уређаја.При примени оваквих компоненти посебну пажњу треба обратити на термичку заштиту и одвођење топлоте.
Динамичка лавина: Током динамичког искључивања услед спољашњих или унутрашњих сила, феномен колизионе јонизације контролисане струјом који се јавља унутар уређаја под утицајем концентрације слободног носиоца изазива динамичку лавину, која се може јавити у биполарним уређајима, диодама и ИГБТ-овима.
Квар лемљења чипа: Главни разлог је тај што су чип и лем различити материјали са различитим коефицијентима топлотног ширења, тако да постоји термичка неусклађеност на високим температурама.Поред тога, присуство празнина за лемљење повећава топлотну отпорност уређаја, погоршавајући дисипацију топлоте и формирајући вруће тачке у локалном подручју, подижући температуру споја и узрокујући кварове везане за температуру, као што је електромиграција.
Неуспех унутрашњег везивања олова: углавном корозија на месту спајања, изазвана корозијом алуминијума изазваном деловањем водене паре, елемената хлора, итд. у врућем и влажном окружењу распршене соли.Лом замора алуминијумских везних проводника узрокован температурним циклусом или вибрацијама.ИГБТ у модулском пакету је великих димензија и ако се неправилно инсталира, врло је лако изазвати концентрацију напрезања, што резултира заморним ломом унутрашњих водова модула.
2) Интегрисано коло
Механизам квара интегрисаних кола и коришћење околине има велики однос, влага у влажном окружењу, оштећења настала статичким електрицитетом или електричним ударима, превисока употреба текста и употреба интегрисаних кола у радијацијском окружењу без зрачења. појачање отпора такође може изазвати квар уређаја.
Ефекти интерфејса који се односе на алуминијум: У електронским уређајима са материјалима на бази силицијума, слој СиО2 као диелектрични филм се широко користи, а алуминијум се често користи као материјал за међувезне водове, СиО2 и алуминијум на високим температурама ће бити хемијска реакција, тако да алуминијумски слој постаје танак, ако се слој СиО2 исцрпи услед потрошње реакције, проузроковаће директан контакт између алуминијума и силицијума.Поред тога, златна оловна жица и алуминијумска интерконекциона линија или алуминијумска жица за повезивање и спајање позлаћене оловне жице шкољке цеви, произвешће контакт Ау-Ал интерфејса.Због различитог хемијског потенцијала ова два метала, након дуготрајне употребе или складиштења на високим температурама изнад 200 ℃ производиће се различита интерметална једињења, а због њихових константи решетке и коефицијената термичког ширења су различити, у тачки везивања унутар велики стрес, проводљивост постаје мала.
Корозија метализације: Алуминијумска прикључна линија на чипу је подложна корозији воденом паром у врућем и влажном окружењу.Због поништавања цене и лаке масовне производње, многа интегрисана кола су инкапсулирана смолом, међутим, водена пара може да прође кроз смолу да би дошла до алуминијумских интерконеката, а нечистоће које се уносе споља или растворе у смоли делују са металним алуминијумом да изазову корозија алуминијумских спојева.
Ефекат деламинације узрокован воденом паром: пластични ИЦ је интегрисано коло обложено пластиком и другим полимерним материјалима од смоле, поред ефекта раслојавања између пластичног материјала и металног оквира и чипа (обично познат као ефекат "кокица"), јер смолни материјал има карактеристике адсорпције водене паре, ефекат деламинације узрокован адсорпцијом водене паре такође ће узроковати квар уређаја..Механизам квара је брзо ширење воде у пластичном заптивном материјалу на високим температурама, тако да ће се раздвајање пластике и њеног причвршћивања других материјала, ау озбиљним случајевима, пластично заптивно тело распрснути.
2.5 Капацитивне отпорне компоненте
1) Отпорници
Уобичајени отпорници без намотаја могу се поделити у четири типа према различитим материјалима који се користе у телу отпорника, а то су тип легуре, тип филма, тип дебелог филма и синтетички тип.За фиксне отпорнике, главни начини квара су отворени круг, одступање електричних параметара, итд.;док су за потенциометре главни начини квара отворени круг, одступање електричних параметара, повећање буке итд. Употребно окружење ће такође довести до старења отпорника, што има велики утицај на век трајања електронске опреме.
Оксидација: Оксидација тела отпорника ће повећати вредност отпора и најважнији је фактор који узрокује старење отпорника.Осим тела отпорника од племенитих метала и легура, сви остали материјали ће бити оштећени кисеоником у ваздуху.Оксидација је дуготрајан ефекат, а када се утицај других фактора постепено смањи, оксидација ће постати главни фактор, а средине високе температуре и високе влажности ће убрзати оксидацију отпорника.За прецизне отпорнике и отпорнике високе вредности отпора, основна мера за спречавање оксидације је заштита заптивања.Материјали за заптивање треба да буду неоргански материјали, као што су метал, керамика, стакло, итд. Органски заштитни слој не може у потпуности да спречи пропустљивост влаге и ваздуха, и може само да игра улогу одлагања у оксидацији и адсорпцији.
Старење везива: За органске синтетичке отпорнике, старење органског везива је главни фактор који утиче на стабилност отпорника.Органско везиво је углавном синтетичка смола, која се током процеса производње отпорника претвара у високо полимеризовани термореактивни полимер.Главни фактор који узрокује старење полимера је оксидација.Слободни радикали настали оксидацијом узрокују спајање молекуларних веза полимера, што додатно очвршћава полимер и чини га крхким, што резултира губитком еластичности и механичким оштећењима.Очвршћавање везива узрокује смањење запремине отпорника, повећавајући контактни притисак између проводних честица и смањујући контактни отпор, што резултира смањењем отпора, али механичко оштећење везива такође повећава отпор.Обично се очвршћавање везива дешава пре, механичка оштећења настају после, тако да вредност отпора органских синтетичких отпорника показује следећи образац: неки опадају на почетку фазе, затим прелазе на повећање и постоји тренд повећања.Пошто је старење полимера уско повезано са температуром и светлошћу, синтетички отпорници ће убрзати старење у окружењу високе температуре и јаком излагању светлости.
Старење под електричним оптерећењем: Примена оптерећења на отпорник ће убрзати његов процес старења.Под ДЦ оптерећењем, електролитичко дејство може оштетити танкослојне отпорнике.Електролиза се дешава између прореза отпорника са прорезима, а ако је супстрат отпорника керамички или стаклени материјал који садржи јоне алкалних метала, јони се крећу под дејством електричног поља између прореза.У влажном окружењу, овај процес се одвија снажније.
2) Кондензатори
Начини квара кондензатора су кратки спој, прекид струјног кола, деградација електричних параметара (укључујући промену капацитета, повећање тангенте угла губитка и смањење отпора изолације), цурење течности и ломљење корозије олова.
Кратки спој: Летећи лук на ивици између полова при високој температури и ниском ваздушном притиску довешће до кратког споја кондензатора, поред тога, механички стрес као што је спољни удар ће такође изазвати пролазни кратак спој диелектрика.
Отворено коло: Оксидација оловних жица и контаката електрода узрокована влажним и врућим окружењем, што доводи до недоступности ниског нивоа и корозионог ломљења анодне оловне фолије.
Деградација електричних параметара: Деградација електричних параметара услед утицаја влажне средине.
2.6 Кола на нивоу плоче
Штампана плоча је углавном састављена од изолационог супстрата, металног ожичења и повезивања различитих слојева жица, компоненти за лемљење "јастучића".Његова главна улога је да обезбеди носач за електронске компоненте, и да игра улогу електричних и механичких веза.
Режим квара штампане плоче углавном укључује лоше лемљење, отворен и кратак спој, стварање мехура, пуцање плоче, корозију или промену боје на површини плоче, савијање плоче
Време поста: 21.11.2022