Выход из строя электронных компонентов - Failure of electronic components

Не удалось IC в ноутбуке. Неправильная полярность входа привела к массивному перегрев чипа и расплавил пластиковый кожух.

Электронные компоненты иметь широкий спектр режимы отказа. Их можно классифицировать по-разному, например по времени или по причине. Неисправности могут быть вызваны превышением температуры, избыточного тока или напряжения, ионизирующее излучение, механический удар, стресс или удар и многие другие причины. В полупроводниковых устройствах проблемы в корпусе устройства могут вызвать сбои из-за загрязнения, механического напряжения устройства или обрыва или короткого замыкания.

Отказы чаще всего возникают в начале и ближе к концу срока службы деталей, в результате чего изгиб ванны график частота отказов. Записать в процедуры используются для обнаружения отказов на раннем этапе. В полупроводниковых приборах паразитарные структуры, несущественные для нормальной работы, становятся важными в контексте отказов; они могут быть как источником, так и защитой от сбоев.

Такие приложения, как аэрокосмические системы, системы жизнеобеспечения, телекоммуникации, железнодорожные сигналы и компьютеры, используют большое количество отдельных электронных компонентов. Анализ статистических свойств отказов может дать рекомендации при проектировании для установления заданного уровня надежности. Например, мощность резистора может быть значительно снижена при его применении в высотных самолетах для обеспечения достаточного срока службы. Внезапное размыкание при отказе может вызвать множественные вторичные отказы, если оно быстрое и в цепи есть индуктивность; это вызывает большие скачки напряжения, которые могут превышать 500 вольт. Таким образом, нарушение металлизации микросхемы может вызвать вторичное повреждение от перенапряжения.[1] Тепловой разгон может вызвать внезапные отказы, включая плавление, пожар или взрыв.

Сбои в упаковке

Большинство отказов электронных частей упаковка -Связанный.[нужна цитата ] Упаковка как барьер между электронными частями и окружающей средой очень чувствительна к факторам окружающей среды. Тепловое расширение производит механические нагрузки, которые могут вызвать усталость материала, особенно когда коэффициенты теплового расширения материалов разные. Влажность и агрессивные химические вещества могут вызвать коррозию упаковочных материалов и проводов, что может привести к их поломке и повреждению внутренних деталей, что приведет к электрическому сбою. Превышение допустимого диапазона температур окружающей среды может вызвать перенапряжение проводных соединений, что приведет к разрыву соединений, растрескиванию полупроводниковых матриц или возникновению трещин на упаковке. Влажность и последующий высокотемпературный нагрев также могут вызвать растрескивание, механическое повреждение или удар.

Во время инкапсуляции соединительные провода могут быть оборваны, закорочены или касаться матрицы кристалла, обычно краем. Плашки могут треснуть из-за механического перенапряжения или термического удара; дефекты, появившиеся во время обработки, такие как разметка, могут перерасти в трещины. Свинцовые рамки могут содержать чрезмерный материал или заусенцы, вызывающие короткое замыкание. Ионные загрязнители, такие как щелочных металлов и галогены может мигрировать из упаковочных материалов в полупроводниковые матрицы, вызывая коррозию или ухудшение параметров. Стекло-металлические уплотнения обычно выходят из строя из-за образования радиальных трещин, которые возникают на границе раздела «штифт-стекло» и выходят наружу; другие причины включают слабый оксидный слой на границе раздела и плохое формирование стеклянного мениска вокруг стержня.[2]

В полости корпуса могут присутствовать различные газы либо в виде примесей, захваченных во время производства, либо дегазация используемых материалов или химических реакций, например, при перегреве упаковочного материала (продукты часто ионные и способствуют коррозии с замедленным выходом из строя). Чтобы обнаружить это, гелий часто находится в инертной атмосфере внутри упаковки в качестве индикаторный газ для обнаружения утечек во время тестирования. Углекислый газ и водород могут образовываться из органических материалов, влага выделяется полимерами и эпоксидными смолами, отверждаемыми амином. аммиак. Образование трещин и рост интерметаллидов в насадках матрицы может привести к образованию пустот и расслоению, ухудшению теплопередачи от матрицы кристалла к подложке и радиатору и возникновению теплового отказа. Поскольку некоторые полупроводники, такие как кремний и арсенид галлия прозрачны в инфракрасном диапазоне, инфракрасная микроскопия может проверить целостность соединения кристаллов и структур под кристаллами.[2]

Красный фосфор, используется как промоутер обугливания огнестойкий облегчает миграцию серебра при его наличии в упаковке. Обычно покрывается гидроксид алюминия; если покрытие неполное, частицы фосфора окисляются до сильной гигроскопичный пятиокись фосфора, который реагирует с влагой на фосфорная кислота. Это коррозионный электролит, который в присутствии электрических полей способствует растворению и миграции серебра, закорачивая соседние штыри упаковки, свинцовая рамка выводы, соединительные стержни, конструкции для крепления стружки и площадки для стружки. Серебряный мостик может быть прерван из-за теплового расширения упаковки; Таким образом, исчезновение короткого замыкания при нагревании кристалла и его повторное появление после охлаждения свидетельствует об этой проблеме.[3] Расслоение и тепловое расширение могут перемещать матрицу для чипа относительно упаковки, деформируя и, возможно, закорачивая или растрескивая соединительные провода.[1]

Сбои контактов

Электрические контакты повсеместно Связаться с сопротивлением, величина которого определяется структурой поверхности и составом поверхностных слоев.[4] В идеале контактное сопротивление должно быть низким и стабильным, однако при слабом контактном давлении механическая вибрация, коррозия и образование пассивирующих оксидных слоев и контактов могут изменить Связаться с сопротивлением значительно, что приводит к резистивному нагреву и отказу цепи.

Паяные соединения могут выйти из строя по многим причинам, например электромиграция и образование хрупких интерметаллид слои. Некоторые отказы проявляются только при экстремальных температурах соединения, что затрудняет поиск и устранение неисправностей. Несоответствие теплового расширения материала печатной платы и ее упаковки деформирует связи между платой; в то время как свинцовые части могут поглощать напряжение за счет изгиба, бессвинцовые части полагаются на припой для поглощения напряжений. Термические циклы могут привести к усталостному растрескиванию паяных соединений, особенно с эластичный припои; Для смягчения таких инцидентов используются различные подходы. Незакрепленные частицы, такие как связующая проволока и сварной шов, могут образовываться в полости устройства и перемещаться внутри упаковки, часто вызывая прерывистые и чувствительные к ударам короткие замыкания. Коррозия может вызвать накопление оксидов и других непроводящих продуктов на контактных поверхностях. В закрытом состоянии они показывают неприемлемо высокое сопротивление; они также могут мигрировать и вызывать короткое замыкание.[2] Оловянные усы может образовываться на покрытых оловом металлах, например, на внутренней стороне упаковки; свободные усы могут вызвать периодическое короткое замыкание внутри упаковки. Кабели, в дополнение к методам, описанным выше, может выйти из строя из-за истирания и повреждения огнем.

Неисправности печатной платы

Сильная коррозия печатной платы из-за негерметичного никель-кадмиевого аккумулятора на печатной плате

Печатные платы (ПХД) уязвимы к воздействию окружающей среды; например, следы подвержены коррозии и могут быть неправильно вытравлены, оставляя частичные шорты, в то время как переходные отверстия могут быть недостаточно гальванизированы или заполнены припоем. Следы могут треснуть под действием механических нагрузок, что часто приводит к ненадежной работе печатной платы. Остатки припоя могут способствовать коррозии; материалы из других материалов на печатных платах могут вызвать утечки электричества. Полярные ковалентные соединения могут притягивать влагу, как антистатики, образуя между дорожками тонкий слой токопроводящей влаги; ионные соединения, такие как хлориды имеют тенденцию способствовать коррозии. Ионы щелочных металлов могут мигрировать через пластиковую упаковку и влиять на работу полупроводников. Хлорированный углеводород остатки могут гидролизовать и выделяют агрессивные хлориды; это проблемы, которые возникают спустя годы. Полярные молекулы могут рассеивать высокочастотную энергию, вызывая паразитические диэлектрические потери.

Выше температура стеклования ПХБ матрица смолы размягчается и становится восприимчивой к диффузии загрязняющих веществ. Например, полигликоли из припой флюс может проникать в плату и увеличивать поглощение ею влаги с соответствующим ухудшением диэлектрических и коррозионных свойств.[5] Многослойные подложки из керамики страдают многими из тех же проблем.

Проводящие анодные нити (CAF) могут расти внутри плит вдоль волокон композитного материала. Металл попадает на уязвимую поверхность обычно из-за покрытия переходных отверстий, а затем мигрирует в присутствии ионов, влаги и электрического потенциала; Повреждение сверления и плохое соединение стекло-смолы способствуют таким отказам.[6] Формирование CAF обычно начинается с плохой связи стекло-смола; затем слой адсорбированной влаги обеспечивает канал, по которому мигрируют ионы и продукты коррозии. В присутствии хлорид-ионов осажденный материал атакамит; его полупроводниковые свойства приводят к повышенной утечке тока, ухудшению диэлектрической прочности и коротким замыканиям между дорожками. Поглощенные гликоли из остатков флюса усугубляют проблему. Разница в тепловом расширении волокон и матрицы ослабляет связь при пайке платы; бессвинцовые припои, требующие более высоких температур пайки, увеличивают возникновение CAF. Помимо этого, CAF зависят от поглощенной влажности; ниже определенного порога они не возникают.[5] Может произойти расслоение для разделения слоев платы, растрескивание переходных отверстий и проводников, что приведет к появлению путей для коррозионных загрязнителей и миграции проводящих частиц.[6]

Отказы реле

Каждый раз контакты электромеханического реле или контактор открыты или закрыты, есть определенное количество контактный износ. An электрическая дуга возникает между точками контакта (электродами) как при переходе из замкнутого в разомкнутый (разрыв), так и из разомкнутого в замкнутое (замыкание). Дуга, возникающая при разрыве контакта (разрывная дуга), похожа на дуговая сварка, поскольку разрывная дуга обычно более энергична и разрушительна.[7]

Тепло и ток электрической дуги на контактах создают специфические образования конусов и кратеров в результате миграции металла. Помимо повреждений при физическом контакте появляется также покрытие из углерода и других веществ. Это ухудшение резко ограничивает общий срок службы реле или контактора диапазоном, возможно, 100 000 операций, что составляет 1% или меньше ожидаемого механического срока службы того же устройства.[8]

Полупроводниковые неисправности

Смотрите также: Надежность (полупроводник)

Многие отказы приводят к возникновению горячие электроны. Их можно наблюдать под оптическим микроскопом, поскольку они генерируют почтиинфракрасный фотоны, обнаруживаемые CCD камера. Latchups можно наблюдать таким образом.[9] Если виден, то место отказа может указывать на природу перенапряжения. Жидкокристаллические покрытия могут использоваться для локализации неисправностей: холестерические жидкие кристаллы термохромный и используются для визуализации мест выделения тепла на кристаллах, в то время как нематические жидкие кристаллы реагируют на напряжение и используются для визуализации утечек тока через дефекты оксидов и состояний заряда на поверхности кристалла (особенно логических состояний).[2] Лазерная маркировка пластиковых упаковок может привести к повреждению чипа, если стеклянные шарики в упаковке выстроятся в линию и направят лазер на чип.[3]

Примеры отказов полупроводников, относящиеся к полупроводниковым кристаллам, включают:

Ошибки параметров

Vias являются частым источником нежелательного последовательного сопротивления микросхем; дефектные переходные отверстия демонстрируют неприемлемо высокое сопротивление и, следовательно, увеличивают задержки распространения. Поскольку их удельное сопротивление падает с ростом температуры, снижение максимальной рабочей частоты микросхемы, наоборот, является индикатором такой неисправности. Укусы мышей - области с уменьшенной шириной металлизации; такие дефекты обычно не обнаруживаются во время электрических испытаний, но представляют серьезный риск для надежности. Повышенная плотность тока при укусе мыши может усугубить проблемы с электромиграцией; Для создания чувствительной к температуре задержки распространения требуется большая степень пустот.[9]

Иногда допуски схемы могут затруднить отслеживание неустойчивого поведения; например, слабый транзистор драйвера, более высокое последовательное сопротивление и емкость затвора последующего транзистора могут быть в пределах допуска, но могут значительно увеличить сигнал Задержка распространения. Они могут проявляться только в определенных условиях окружающей среды, высоких тактовых частотах, низких напряжениях источника питания и иногда в определенных состояниях сигналов схемы; на одном штампе могут происходить значительные изменения.[9] Повреждения, вызванные перенапряжением, такие как омические шунты или пониженный выходной ток транзистора, могут увеличить такие задержки, что приведет к неустойчивому поведению. Поскольку задержки распространения сильно зависят от напряжения питания, колебания последнего в пределах допуска могут вызвать такое поведение.

Арсенид галлия монолитные СВЧ интегральные схемы могут быть такие сбои:[11]

  • Деградация IDSS[12] через затопление ворот и водород отравление. Этот отказ является наиболее частым и наиболее легким для обнаружения, и на него влияет уменьшение активного канала транзистора при опускании затвора и уменьшение плотности доноров в активном канале из-за отравления водородом.
  • Деградация ворот ток утечки. Это происходит при ускоренных ресурсных испытаниях или при высоких температурах и предположительно вызвано эффектами состояния поверхности.
  • Деградация в напряжение отсечки. Это обычная проблема для устройств на основе арсенида галлия, работающих при высоких температурах, и в первую очередь происходит из-за взаимодействий полупроводник-металл и деградации металлических структур затвора, причем водород является другой причиной. Помешать этому может подходящая барьерный металл между контактами и арсенидом галлия.
  • Повышение сопротивления сток-исток. Это наблюдается в высокотемпературных устройствах и вызвано взаимодействием металл-полупроводник, опусканием затвора и деградацией омического контакта.

Нарушения металлизации

Микрофотография вышедшего из строя силового транзистора ТО3 из-за короткого замыкания

Отказы металлизации являются более распространенными и серьезными причинами деградации полевого транзистора, чем материальные процессы; аморфный материалы не имеют границ зерен, препятствующих взаимной диффузии и коррозии.[13] Примеры таких отказов включают:

  • Электромиграция перемещение атомов из активных областей, вызывая дислокации и точечные дефекты, действующие как центры безызлучательной рекомбинации, выделяющие тепло. Это может произойти с алюминиевыми воротами в MESFET с участием РФ сигналы, вызывающие неустойчивый ток стока; электромиграция в этом случае называется затопление ворот. Эта проблема не возникает с золотыми воротами.[13] В конструкциях, содержащих алюминий над барьером из тугоплавкого металла, электромиграция в первую очередь влияет на алюминий, но не на тугоплавкий металл, в результате чего сопротивление конструкции неравномерно увеличивается. Смещенный алюминий может вызвать замыкание на соседние конструкции; 0,5-4% от медь в алюминии увеличивает сопротивление электромиграции, медь накапливается на границах зерен сплава и увеличивает энергию, необходимую для вытеснения из них атомов.[14] Помимо этого, оксид индия и олова и серебро подвержены электромиграции, вызывая ток утечки и (в светодиодах) безызлучательная рекомбинация по краям стружки. Во всех случаях электромиграция может вызвать изменение размеров и параметров затворов транзисторов и полупроводниковых переходов.
  • Механические напряжения, высокие токи и агрессивные среды, образующие усы и короткие замыкания. Эти эффекты могут возникать как внутри упаковки, так и на печатные платы.
  • Формирование кремниевых узелков. Алюминиевые межкомпонентные соединения может быть легирован кремнием до насыщения во время осаждения, чтобы предотвратить образование пиков сплава. Во время термоциклирования атомы кремния могут мигрировать и слипаться, образуя узелки, которые действуют как пустоты, увеличивая местное сопротивление и снижая срок службы устройства.[2]
  • Омический контакт деградация между металлизацией и полупроводниковыми слоями. В случае арсенида галлия используется слой сплава золото-германий (иногда с никелем) для достижения низкого контактного сопротивления; омический контакт образуется за счет диффузии германия, образуя тонкую, сильно легированную n-примесью область под металлом, облегчая соединение, оставляя золото осажденным поверх него. Атомы галлия могут мигрировать через этот слой и поглощаться золотом выше, создавая богатую дефектами зону, обедненную галлием, под контактом; затем золото и кислород мигрируют в противоположных направлениях, что приводит к увеличению сопротивления омического контакта и снижению эффективного уровня легирования.[13] Формирование интерметаллид соединения также играют роль в этом режиме отказа.

Электрическое перенапряжение

Большинство отказов полупроводников, связанных с напряжением, с микроскопической точки зрения имеют электротермический характер; локально повышенные температуры могут привести к немедленному выходу из строя из-за плавления или испарения слоев металлизации, плавления полупроводника или изменения структуры. Диффузия и электромиграция имеют тенденцию ускоряться под действием высоких температур, сокращая срок службы устройства; повреждение соединений, не приводящее к немедленному отказу, может проявляться как измененные вольт-амперные характеристики узлов. Сбои, связанные с электрическими перенапряжениями, можно классифицировать как отказы, вызванные термическим воздействием, отказы, связанные с электромиграцией и электрическими полями; Примеры таких отказов включают:

  • Тепловой разгон, где кластеры в подложке вызывают локальную потерю теплопроводность, что приводит к повреждению с выделением большего количества тепла; наиболее частыми причинами являются пустоты, вызванные неполным пайка, эффекты электромиграции и Киркендалл мочеиспускание. Кластерное распределение плотности тока по переходу или текущие нити привести к текущая скученность локализованные горячие точки, которые могут перерасти в термический выброс.
  • Обратное смещение. Некоторые полупроводниковые устройства основаны на диодных переходах и номинально являются выпрямителями; однако режим обратного пробоя может иметь очень низкое напряжение, при этом умеренное напряжение обратного смещения вызывает немедленную деградацию и значительно ускоренный отказ. 5 В - это максимальное напряжение обратного смещения для типичных светодиодов, у некоторых типов значения ниже.
  • Сильно перегружен Стабилитроны Замыкание с обратным смещением. Достаточно высокое напряжение вызывает лавинный пробой стабилитрона; это и большой ток, проходящий через диод, вызывают экстремальный локальный нагрев, плавление перехода и металлизацию, а также образование кремний-алюминиевого сплава, замыкающего контакты. Иногда это намеренно используется как метод подключения проводов через предохранители.[14]
  • Latchups (когда устройство подвергается воздействию импульса повышенного или пониженного напряжения); а паразитарная структура действуя как сработавший SCR тогда это может вызвать отказ из-за перегрузки по току. В микросхемах защелки классифицируются как внутренние (например, линия передачи размышления и отскок от земли ) или внешних (например, сигналы, вводимые через контакты ввода / вывода и космические лучи ); внешние защелки могут быть вызваны электростатическим разрядом, а внутренние - нет. Блокировка может быть вызвана введением носителей заряда в подложку чипа или другой фиксацией; то JEDEC78 стандартные тесты на предрасположенность к задержкам.[9]

Электростатический разряд

Основная статья: Электростатический разряд

Электростатический разряд (ESD) является подклассом электрических перенапряжений и может вызвать немедленный отказ устройства, постоянные сдвиги параметров и скрытое повреждение, вызывающее повышенную скорость деградации. Он имеет по крайней мере один из трех компонентов: локальное тепловыделение, высокую плотность тока и высокий градиент электрического поля; длительное присутствие токов в несколько ампер передает энергию конструкции устройства, вызывая повреждение. ESD в реальных цепях вызывает затухающая волна с быстро меняющейся полярностью соединения напряжены одинаково; он имеет четыре основных механизма:[15]

  • Пробой оксида происходит при напряженности поля выше 6–10 МВ / см.
  • Повреждение перехода, проявляющееся в виде утечки обратного смещения, увеличивается до точки короткого замыкания.
  • Металлизация и выгорание поликремния, где повреждение ограничивается металлом и поликремний межкомпонентные соединения, тонкопленочные резисторы и диффузионные резисторы.
  • Инжекция заряда, когда горячие носители, образовавшиеся в результате лавинного пробоя, вводятся в оксидный слой.

К режимам катастрофического отказа ESD относятся:

  • Перегорание соединения, когда через соединение образуется токопроводящий путь, который замыкает его.
  • Прожиг при металлизации, когда плавление или испарение части металлического межсоединения прерывает его
  • Пробивка оксида, образование проводящего пути через изолирующий слой между двумя проводниками или полупроводниками; то оксиды ворот самые тонкие и поэтому самые чувствительные. Поврежденный транзистор показывает низкоомный переход между выводами затвора и стока.

Параметрический отказ только изменяет параметры устройства и может проявиться в Стресс-тестирование; иногда степень повреждения может со временем снизиться. Скрытые режимы отказа ESD возникают с задержкой и включают:

  • Повреждение изолятора из-за ослабления конструкций изолятора.
  • Повреждение перехода из-за уменьшения срока службы неосновных носителей заряда, увеличения сопротивления прямому смещению и увеличения утечки обратного смещения.
  • Повреждение металлизации из-за ослабления проводника.

Катастрофические сбои требуют самых высоких напряжений разряда, их легче всего проверить и они встречаются редко. Параметрические отказы возникают при промежуточных напряжениях разряда и происходят чаще, причем чаще всего встречаются скрытые отказы. На каждый параметрический отказ приходится 4–10 скрытых.[16] Современный СБИС схемы более чувствительны к электростатическим разрядам, имеют меньшие характеристики, меньшую емкость и более высокое отношение напряжения к заряду. Осаждение кремния в проводящих слоях делает их более проводящими, уменьшая балластное сопротивление, которое играет защитную роль.

В оксид ворот некоторых МОП-транзисторы могут быть повреждены напряжением 50 вольт, затвор изолирован от перехода и потенциал, накапливающийся на нем, вызывает чрезмерную нагрузку на тонкий диэлектрический слой; Оксид, подвергшийся стрессу, может разрушиться и немедленно выйти из строя. Сам оксид затвора не выходит из строя сразу, но может быть ускорен ток утечки, вызванный напряжением оксидное повреждение, приводящее к отложенному отказу после продолжительных часов работы; Встроенные конденсаторы с оксидными или нитридными диэлектриками также уязвимы. Меньшие конструкции более уязвимы из-за их более низкой емкость, что означает, что такое же количество носителей заряда заряжает конденсатор до более высокого напряжения. Все тонкие слои диэлектриков уязвимы; следовательно, стружка, изготовленная с использованием более толстых оксидных слоев, менее уязвима.[14]

Отказы, вызванные током, чаще встречаются в устройствах с биполярным переходом, где преобладают переходы Шоттки и PN. Высокая мощность разряда, более 5 киловатт в течение менее микросекунды, может плавить и испарять материалы. Значение тонкопленочных резисторов может быть изменено из-за того, что через них образуется разрядный тракт или часть тонкой пленки испаряется; это может быть проблематичным в точных приложениях, где такие значения имеют решающее значение.[17]

Более новая CMOS выходные буферы с использованием слаболегированных силицид стоки более чувствительны к электростатическим разрядам; драйвер N-канала обычно страдает повреждением в оксидном слое или n + / p-переходе. Это вызвано скоплением тока во время возврата паразитного NPN-транзистора.[18] В структурах с тотемными полюсами P / NMOS почти всегда повреждается транзистор NMOS.[19] Структура перехода влияет на его чувствительность к электростатическому разряду; углы и дефекты могут привести к скученности, снижая порог повреждения. Переходы с прямым смещением менее чувствительны, чем с обратным смещением, поскольку Джоулево тепло переходов с прямым смещением рассеивается через более толстый слой материала по сравнению с узкой обедненной областью в переходе с обратным смещением.[20]

Отказы пассивных элементов

Резисторы

Основная статья: Режимы отказа резисторов
Резистор, снятый с цепи высоковольтной лампы, показывает повреждение от электрической дуги на резистивном слое оксида металла.

Резисторы могут размыкаться или закорачиваться, а их значение изменяется в условиях окружающей среды и за пределами рабочих характеристик. Примеры отказов резистора включают:

  • Производственные дефекты, вызывающие периодические проблемы. Например, неправильно обжатые колпачки на углеродных или металлических резисторах могут ослабить и потерять контакт, а сопротивление между резистором и колпачком может изменить значения резистора.[2]
  • Резисторы для поверхностного монтажа отслаиваются в местах соединения разнородных материалов, например, между керамической подложкой и резистивным слоем.[21]
  • Нихромовые тонкопленочные резисторы в интегральных схемах подвергаются воздействию фосфора из пассивирующего стекла, разъедая их и увеличивая их сопротивление.[22]
  • Резисторы SMD с серебряной металлизацией контактов, страдающих обрывом цепи в сера -богатая среда, за счет накопления сульфид серебра.[6]
  • Медные дендриты, растущие из Оксид меди (II) присутствует в некоторых материалах (например, в слое, облегчающем адгезию металлизации к керамической подложке) и перекрывает паз обрезного пропила.[3]

Потенциометры и триммеры

Потенциометры и триммеры представляют собой трехконтактные электромеханические части, содержащие резистивную дорожку с регулируемым контактом стеклоочистителя. Наряду с режимами отказа обычных резисторов, механический износ стеклоочистителя и резистивного слоя, коррозия, поверхностное загрязнение и механические деформации могут привести к периодическим изменениям сопротивления очистителя пути, что является проблемой для усилителей звука. Многие типы не имеют идеальной герметичности, в них проникают загрязнения и влага; особенно распространенным загрязнителем является припой флюс. Механические деформации (например, нарушение контакта с контактной поверхностью) могут возникать из-за коробления корпуса во время пайки или механического напряжения во время монтажа. Избыточное напряжение на выводах может привести к растрескиванию основы и открытому разрушению, когда трещина проникает через резистивный путь.[2]

Конденсаторы

Основная статья: Конденсатор

Конденсаторы характеризуются своим емкость, паразитное сопротивление последовательно и параллельно, напряжение пробоя и коэффициент рассеяния; оба паразитных параметра часто зависят от частоты и напряжения. Конструктивно конденсаторы состоят из разделенных диэлектриком электродов, соединительных выводов и корпуса; ухудшение любого из них может вызвать сдвиг параметров или сбой. Короткие отказы и утечки из-за увеличения параллельного паразитного сопротивления являются наиболее частыми видами отказа конденсаторов, за которыми следуют открытые отказы.[нужна цитата ] Некоторые примеры отказов конденсаторов включают:

  • Диэлектрический пробой из-за перенапряжения или старения диэлектрика, возникающего при падении напряжения пробоя ниже рабочего напряжения. Некоторые типы конденсаторов «самовосстанавливаются», так как внутренняя дуга испаряет части электродов вокруг места повреждения. Другие образуют проводящий путь через диэлектрик, что приводит к короткому замыканию или частичной потере диэлектрического сопротивления.[2]
  • Электродные материалы перемещаются по диэлектрику, образуя токопроводящие дорожки.[2]
  • Выводы отделены от конденсатора из-за небрежного обращения во время хранения, сборки или эксплуатации, что приводит к обрыву.Неисправность может происходить незаметно внутри упаковки, и ее можно измерить.[2]
  • Увеличение в коэффициент рассеяния из-за загрязнения материалов конденсатора, особенно остатками флюса и растворителей.[2]

Электролитические конденсаторы

Помимо проблем, перечисленных выше, электролитические конденсаторы страдают от этих неудач:

  • В алюминиевых версиях электролит высыхает, что приводит к постепенной утечке, эквивалентному последовательному сопротивлению и потере емкости. Рассеивание мощности за счет высоких токов пульсаций и внутренних сопротивлений вызывает повышение внутренней температуры конденсатора сверх спецификаций, ускоряя скорость износа; такие конденсаторы обычно выходят из строя.[2]
  • Загрязнение электролита (например, из-за влаги) разъедает электроды, что приводит к потере емкости и короткому замыканию.[2]
  • Электролиты выделяют газ, увеличивая давление внутри корпуса конденсатора и иногда вызывая взрыв; примером является конденсаторная чума.[нужна цитата ]
  • Танталовые версии электрически перенапрягается, постоянно разрушая диэлектрик и иногда вызывая обрыв или короткий отказ.[2] Участки, вышедшие из строя таким образом, обычно видны как обесцвеченный диэлектрик или как локально оплавленный анод.[6]

Металлооксидные варисторы

Основная статья: Варистор

Оксид металла варисторы обычно имеют меньшее сопротивление при нагревании; при подключении напрямую через силовую шину для защиты от электрические переходные процессы варистор с пониженным напряжением срабатывания может привести к катастрофическому тепловому разгону, а иногда и к небольшому взрыву или возгоранию.[23] Чтобы предотвратить это, ток короткого замыкания обычно ограничивают плавким предохранителем, автоматическим выключателем или другим устройством ограничения тока.

Сбои МЭМС

Микроэлектромеханические системы страдают от разного рода сбоев:

  • Stiction прилипание движущихся частей; внешний импульс иногда восстанавливает функциональность. Антипригарные покрытия, уменьшение площади контакта и повышенная осведомленность смягчают проблему в современных системах.[9]
  • Частицы мигрируют в системе и блокируют их движение. Проводящие частицы могут вызвать короткое замыкание в электрических цепях, например, в электростатических приводах. Носить повреждает поверхности и высвобождает мусор, который может быть источником загрязнения частицами.
  • Переломы вызывая потерю механических частей.
  • Усталость материала образование трещин в движущихся конструкциях.
  • Заряд диэлектрика, приводящий к изменению функциональности и в какой-то момент сбоям параметров.[24]

Воссоздание режимов отказа

Для уменьшения количества отказов жизненно важно точное знание измерения качества прочности сцепления во время проектирования и последующего производства. Лучше всего начать с режима отказа. Это основано на предположении, что существует определенный режим отказа или диапазон режимов, которые могут возникнуть в продукте. Поэтому разумно предположить, что тест облигации должен воспроизводить режим или режимы, представляющие интерес. Однако точное воспроизведение не всегда возможно. Испытательная нагрузка должна быть приложена к некоторой части образца и передана через образец к связке. Если эта часть образца является единственным вариантом и слабее, чем сама связь, образец выйдет из строя раньше, чем связь.[25]

Смотрите также

[24]

использованная литература

  1. ^ а б STFA 2001: материалы 27-го Международного симпозиума по испытаниям и анализу отказов: 11–15 ноября 2001 г., Конференц-центр Санта-Клары, Санта-Клара, Калифорния, с. 267 ISBN  0-87170-746-2
  2. ^ а б c d е ж г час я j k л м п Меррилл Л. Мингес (1989). Справочник по электронным материалам: упаковка. ASM International. п. 970. ISBN  978-0-87170-285-2.
  3. ^ а б c ASM International (2008). Тридцать четвертый международный симпозиум по испытаниям и анализу отказов. ASM International. п. 61. ISBN  978-1-61503-091-0.
  4. ^ Чжай, Ц .; и другие. (2015). «Зависимое от напряжения сопротивление электрического контакта на фрактальных шероховатых поверхностях». Журнал инженерной механики. 143 (3): B4015001. Дои:10.1061 / (ASCE) EM.1943-7889.0000967.
  5. ^ а б Шангуань, Дункай (5 декабря 2005 г.). Надежность соединения бессвинцовым припоем. ISBN  978-0-87170-816-8.
  6. ^ а б c d Томас В. Ли (2002). Анализ отказов микроэлектроники: Справочник: Приложение 2002 г.. ASM International. п. 161. ISBN  978-0-87170-769-7.
  7. ^ Холм, Рагнар (1958). Справочник по электрическим контактам (3-е изд.). Springer-Verlag, Берлин / Геттинген / Гейдельберг. С. 331–342.
  8. ^ "Лабораторная запись № 105 Срок службы контактов - без гашения и с подавлением дуги". Технологии гашения дуги. Август 2011 г.. Получено 10 марта 2012.
  9. ^ а б c d е Анализ отказов микроэлектроники: настольный справочник Обществом анализа отказов электронных устройств. Справочный комитет, ASM International, 2004 г. ISBN  0-87170-804-3 п. 79
  10. ^ Коррозия и надежность электронных материалов и устройств: материалы Четвертого международного симпозиума. Электрохимическое общество. 1999. с. 251. ISBN  1-56677-252-4.
  11. ^ Глава 4. Основные виды и механизмы отказов, С. Каяли
  12. ^ Что такое IDSS полевого транзистора?
  13. ^ а б c А. Христу; Б. А. Унгер (1990). Надежность полупроводникового прибора. Springer. п. 221. ISBN  0-7923-0536-1.
  14. ^ а б c 黑 斯廷斯 (2004). Искусство аналоговой верстки.清华大学 出կ社. п. 120. ISBN  7-302-08226-X.
  15. ^ Олег Семенов; Хоссейн Сарбишаи; Манодж Сачдев (2008). Устройство защиты от электростатического разряда и схемотехника для передовых КМОП-технологий. Springer Science & Business Media. п. 4. ISBN  978-1-4020-8301-3.
  16. ^ Р. В. Велкер; Рамамурти Нагараджан; Карл Э. Ньюберг (2006). Контроль загрязнения и электростатического разряда в высокотехнологичном производстве. Джон Уайли и сыновья. п. 68. ISBN  0-471-41452-2.
  17. ^ Джон М. Кольер; Дональд Э. Уотсон (1996). ESD от А до Я: контроль электростатического разряда для электроники. Springer. п. 32. ISBN  0-412-08381-7.
  18. ^ Г. Теодор (1990). Управление программой ESD: реалистичный подход к непрерывному измеримому улучшению статического контроля. Springer. п. 67. ISBN  0-412-09781-8.
  19. ^ Карлос Х. Диас; Сунг-Мо (Стив) Канг; Чарвака Дуввуры (1994). Моделирование электрических перенапряжений в интегральных схемах. Springer Science & Business Media. п. 3. ISBN  978-0-7923-9505-8.
  20. ^ Милтон Оринг (1998). Надежность и отказ электронных материалов и устройств. Академическая пресса. п. 349. ISBN  0-12-524985-3.
  21. ^ Хлефа Аларбе Эсаклул (1992). Справочник историй болезни по анализу отказов, Том 2. ASM International. ISBN  978-0-87170-495-5.
  22. ^ Джеймс Дж. Ликари; Леонард Р. Энлоу (2008). Справочник по технологии гибридных микросхем, 2-е издание: материалы, процессы, проектирование, испытания и производство. Elsevier Science. п. 506. ISBN  978-0-08-094659-7.
  23. ^ Браун, Кеннет (март 2004 г.). «Деградация варистора на основе оксида металла». Журнал IAEI. Архивировано из оригинал 19 июля 2011 г.. Получено 30 марта 2011.
  24. ^ а б Херфст, Р.В., Стинекен, П.Г., Шмитц, Дж., Зависимость заряда диэлектрика от времени и напряжения в емкостных переключателях RF MEMS, (2007) Annual Proceedings - Reliability Physics (Symposium), art. нет. 4227667, стр. 417–421.
  25. ^ Сайкс, Боб (июнь 2010 г.). "Зачем тестировать облигации?". Журнал Global SMT & Packaging.