Šajā rakstā ir pētīti elektronisko komponentu atteices režīmi un atteices mehānismi, kā arī dota to jutīgā vide, lai sniegtu atsauci elektronisko izstrādājumu projektēšanai.
1. Tipiski komponentu atteices režīmi
Sērijas numurs
Elektronisko komponentu nosaukums
Ar vidi saistīti atteices režīmi
Vides stress
1. Elektromehāniskās sastāvdaļas
Vibrācija izraisa spoļu noguruma pārrāvumus un kabeļu atslābināšanu.
Vibrācija, trieciens
2. Pusvadītāju mikroviļņu ierīces
Augstas temperatūras un temperatūras trieciens izraisa atslāņošanos saskarnē starp iepakojuma materiālu un mikroshēmu, kā arī starp iepakojuma materiālu un mikroviļņu monolīta, kas noslēgts ar plastmasu, mikroviļņu turētāja saskarni.
Augsta temperatūra, temperatūras šoks
3. Hibrīdās integrālās shēmas
Trieciens izraisa keramikas pamatnes plaisāšanu, temperatūras trieciens izraisa kondensatora gala elektrodu plaisāšanu, un temperatūras cikliskums izraisa lodēšanas atteici.
Šoks, temperatūras cikls
4. Diskrētās ierīces un integrālās shēmas
Termiskais sabrukums, skaidu lodēšanas kļūme, iekšējās svina savienošanas kļūme, trieciens, kas izraisa pasivācijas slāņa plīsumu.
Augsta temperatūra, trieciens, vibrācija
5. Rezistīvie komponenti
Pamatnes pamatnes plīsums, pretestības plēves plīsums, svina plīsums
Šoks, augsta un zema temperatūra
6. Plātnes līmeņa shēma
Ieplaisājuši lodēšanas savienojumi, saplaisājuši vara caurumi.
Paaugstināta temperatūra
7. Elektriskais vakuums
Karstās stieples noguruma lūzums.
Vibrācija
2, tipiska komponentu atteices mehānisma analīze
Elektronisko komponentu atteices režīms nav viena, tikai reprezentatīva daļa no tipisko komponentu jutīgās vides tolerances robežu analīzes, lai iegūtu vispārīgāku secinājumu.
2.1. Elektromehāniskās sastāvdaļas
Tipiski elektromehāniskie komponenti ietver elektriskos savienotājus, relejus utt. Bojājuma režīmi tiek padziļināti analizēti, attiecīgi ņemot vērā divu veidu komponentu struktūru.
1) Elektrības savienotāji
Elektriskais savienotājs ar apvalku, izolatoru un trīs pamatvienību kontaktpersonu korpusu, atteices režīms ir apkopots kontaktu atteices, izolācijas kļūmes un mehāniskās atteices trīs atteices formās.Galvenā elektriskā savienotāja atteices forma kontakta atteicei, tā darbības kļūme: kontakts uz momentāna pārtraukuma un kontakta pretestība palielinās.Elektriskajiem savienotājiem kontakta pretestības un materiāla vadītāja pretestības dēļ, kad caur elektrisko savienotāju plūst strāva, kontakta pretestība un metāla materiāla vadītāja pretestība radīs džoula siltumu, džoula siltums palielinās siltumu, kā rezultātā palielinās kontaktpunkta temperatūra, pārāk augsta kontaktpunkta temperatūra liks metāla saskares virsmai mīkstināt, kūst vai pat vārīties, bet arī palielināt kontakta pretestību, tādējādi izraisot kontakta atteici..Augstas temperatūras vides lomā saskares daļās parādīsies arī šļūdes parādība, kas samazina kontakta spiedienu starp kontakta daļām.Kad kontakta spiediens tiek samazināts līdz zināmai robežai, kontakta pretestība strauji palielināsies un, visbeidzot, izraisīs sliktu elektrisko kontaktu, kā rezultātā rodas kontakta atteice.
No otras puses, elektriskais savienotājs uzglabāšanas, transportēšanas un darba laikā tiks pakļauts dažādām vibrācijas slodzēm un trieciena spēkiem, kad ārējās vibrācijas slodzes ierosmes frekvence un elektriskie savienotāji, kas ir tuvu raksturīgajai frekvencei, radīs elektriskā savienotāja rezonansi. parādība, kā rezultātā atstarpe starp kontakta daļām kļūst lielāka, atstarpe palielinās līdz zināmai robežai, kontakta spiediens uzreiz pazudīs, kā rezultātā rodas elektriskā kontakta "tūlītējs pārtraukums".Vibrācijas, trieciena slodzes gadījumā elektriskais savienotājs radīs iekšējo spriegumu, kad spriegums pārsniedz materiāla tecēšanas robežu, radīs materiāla bojājumus un lūzumus;Šīs ilgstošās spriedzes ietekmē materiāls radīs arī noguruma bojājumus un galu galā izraisīs atteici.
2) Relejs
Elektromagnētiskie releji parasti sastāv no serdeņiem, spolēm, enkuriem, kontaktiem, niedrēm un tā tālāk.Kamēr abos spoles galos tiek pievienots noteikts spriegums, spolē plūdīs noteikta strāva, tādējādi radot elektromagnētisko efektu, armatūra pārvarēs elektromagnētisko pievilkšanas spēku, lai atgrieztos pie atsperes vilkšanas uz serdi, kas savukārt aizver armatūras kustīgos kontaktus un statiskos kontaktus (parasti atvērtos kontaktus).Kad spole tiek izslēgta, elektromagnētiskais sūkšanas spēks arī pazūd, armatūra atgriezīsies sākotnējā stāvoklī zem atsperes reakcijas spēka, lai kustīgais kontakts un sākotnējais statiskais kontakts (parasti slēgts kontakts) iesūktos.Šī iesūkšanas un atbrīvošanas, tādējādi sasniedzot vadīšanas mērķi un nogriež ķēdē.
Galvenie elektromagnētisko releju vispārējās atteices režīmi ir: relejs parasti atvērts, relejs parasti aizvērts, releja dinamiskā atsperes darbība neatbilst prasībām, kontaktu slēgšana pēc releja elektrisko parametru pārsniegšanas.Sakarā ar elektromagnētisko releju ražošanas procesa trūkumu, daudzi elektromagnētiskie releji ražošanas procesā nespēj nodrošināt slēpto apdraudējumu kvalitāti, piemēram, mehāniskās sprieguma samazināšanas periods ir pārāk īss, kā rezultātā pēc veidņu detaļu deformācijas rodas mehāniskā struktūra, atlikumu noņemšana nav izsmelta. kā rezultātā PIND tests neizdevās vai pat neveiksme, rūpnīcas testēšana un skrīninga izmantošana nav stingra tā, lai ierīces atteice tiktu izmantota utt.. Trieciena vide var izraisīt metāla kontaktu plastisko deformāciju, kā rezultātā radīsies releja atteice.Projektējot iekārtas, kas satur relejus, ir jākoncentrējas uz ietekmes vides pielāgošanās spēju.
2.2. Pusvadītāju mikroviļņu komponenti
Mikroviļņu pusvadītāju ierīces ir sastāvdaļas, kas izgatavotas no Ge, Si un III ~ V saliktiem pusvadītāju materiāliem, kas darbojas mikroviļņu joslā.Tos izmanto elektroniskajās iekārtās, piemēram, radarā, elektroniskās kara sistēmās un mikroviļņu sakaru sistēmās.Mikroviļņu diskrētās ierīces iepakojums papildus elektrisko savienojumu nodrošināšanai un serdeņa un tapu mehāniskai un ķīmiskai aizsardzībai, korpusa projektēšanā un izvēlē jāņem vērā arī korpusa parazitāro parametru ietekme uz ierīces mikroviļņu pārraides raksturlielumiem.Mikroviļņu krāsns korpuss ir arī daļa no ķēdes, kas pati par sevi veido pilnīgu ievades un izvades ķēdi.Tāpēc korpusa formai un struktūrai, izmēram, dielektriskajam materiālam, vadītāja konfigurācijai utt. ir jāatbilst komponentu mikroviļņu īpašībām un ķēdes pielietojuma aspektiem.Šie faktori nosaka tādus parametrus kā kapacitāte, elektriskā vadu pretestība, raksturīgā pretestība un caurules korpusa vadītāja un dielektriskie zudumi.
Videi nozīmīgi mikroviļņu pusvadītāju komponentu atteices režīmi un mehānismi galvenokārt ietver vārtu metāla izlietni un pretestības īpašību pasliktināšanos.Vārtu metāla izlietne ir saistīta ar termiski paātrinātu vārtu metāla (Au) difūziju GaAs, tāpēc šis atteices mehānisms galvenokārt rodas paātrinātas kalpošanas laika testu vai ārkārtīgi augstas temperatūras darbības laikā.Vārtu metāla (Au) difūzijas ātrums GaAs ir atkarīgs no vārtu metāla materiāla difūzijas koeficienta, temperatūras un materiāla koncentrācijas gradienta.Lai nodrošinātu perfektu režģa struktūru, ierīces darbību neietekmē ļoti lēns difūzijas ātrums normālā darba temperatūrā, tomēr difūzijas ātrums var būt ievērojams, ja daļiņu robežas ir lielas vai ir daudz virsmas defektu.Rezistori parasti tiek izmantoti mikroviļņu monolītajās integrālajās shēmās atgriezeniskās saites shēmām, aktīvo ierīču nobīdes punkta iestatīšanai, izolācijai, jaudas sintēzei vai savienojuma beigām, ir divas pretestības struktūras: metāla plēves pretestība (TaN, NiCr) un viegli leģēta GaAs. plānslāņa pretestība.Pārbaudes liecina, ka NiCr pretestības pasliktināšanās, ko izraisa mitrums, ir galvenais tās atteices mehānisms.
2.3 Hibrīdās integrālās shēmas
Tradicionālās hibrīdās integrālās shēmas, saskaņā ar biezās plēves vadotnes lentes pamatnes virsmu, plānās plēves vadotnes lentes process ir sadalīts divās kategorijās: biezās plēves hibrīda integrālās shēmas un plānās plēves hibrīda integrālās shēmas: noteiktas mazas iespiedshēmas plates (PCB) shēmas, Sakarā ar iespiedshēmu ir plēves formā plakanajā plates virsmā, lai veidotu vadošu rakstu, ko klasificē arī kā hibrīda integrālās shēmas.Līdz ar vairāku mikroshēmu komponentu parādīšanos šī uzlabotā hibrīda integrālā shēma, tās substrāta unikālā daudzslāņu elektroinstalācijas struktūra un caururbuma procesa tehnoloģija ir padarījusi komponentus par hibrīda integrālo shēmu augsta blīvuma starpsavienojumu struktūrā, kas ir sinonīms izmantotajam substrātam. vairāku mikroshēmu komponentos un ietver: plānās plēves daudzslāņu, biezās plēves daudzslāņu, augstas temperatūras līdzapdedzināšanas, zemas temperatūras līdzdedzināšanas, uz silīcija bāzes, PCB daudzslāņu substrātu utt.
Hibrīdās integrālās shēmas vides sprieguma atteices režīmi galvenokārt ietver elektriskās atvērtās ķēdes atteices, ko izraisa substrāta plaisāšana un metināšanas kļūme starp komponentiem un biezu plēvju vadītājiem, komponentiem un plānslāņa vadītājiem, substrātu un korpusu.Mehāniskā ietekme no produkta krišanas, termiskais trieciens no lodēšanas, papildu spriegums, ko izraisa pamatnes deformācijas nelīdzenumi, sānu stiepes spriegums no termiskās neatbilstības starp substrātu un metāla korpusu un savienojošo materiālu, mehāniskā spriedze vai termiskā sprieguma koncentrācija, ko izraisa pamatnes iekšējie defekti, iespējamie bojājumi ko izraisa substrāta urbšana un substrāta griešana lokālas mikroplaisas, galu galā rada ārēju mehānisko spriegumu, kas ir lielāks par keramikas pamatnes raksturīgo mehānisko izturību. Rezultāts ir atteice.
Lodēšanas struktūras ir jutīgas pret atkārtotiem temperatūras cikla spriegumiem, kas var izraisīt lodēšanas slāņa termisko nogurumu, kā rezultātā samazinās savienojuma izturība un palielinās termiskā pretestība.Alvas kaļamā lodēšanas klasei temperatūras cikliskā sprieguma loma, kas izraisa lodēšanas slāņa termisko nogurumu, ir saistīta ar to, ka abu lodmetāla savienoto konstrukciju termiskās izplešanās koeficients ir nekonsekvents, vai lodēšanas nobīdes deformācija vai bīdes deformācija, pēc vairākkārtēja lodēšanas slāņa ar noguruma plaisas izplešanos un pagarināšanu, kas galu galā noved pie lodēšanas slāņa noguruma atteices.
2.4. Diskrētās ierīces un integrālās shēmas
Pusvadītāju diskrētās ierīces plašās kategorijās iedala diodēs, bipolāros tranzistoros, MOS lauka efektu lampās, tiristoros un izolētos vārtu bipolāros tranzistoros.Integrētajām shēmām ir plašs lietojumu klāsts, un tās var iedalīt trīs kategorijās pēc to funkcijām, proti, digitālās integrālās shēmas, analogās integrālās shēmas un jauktas digitālās-analogās integrālās shēmas.
1) Diskrētas ierīces
Diskrētās ierīces ir dažāda veida, un tām ir sava specifika to atšķirīgo funkciju un procesu dēļ, ar ievērojamām atteices veiktspējas atšķirībām.Tomēr kā pamatierīces, ko veido pusvadītāju procesi, to atteices fizikā ir zināmas līdzības.Galvenās kļūmes, kas saistītas ar ārējo mehāniku un dabisko vidi, ir termiskais sabrukums, dinamiska lavīna, skaidu lodēšanas kļūme un iekšējā svina savienojuma kļūme.
Termiskais sadalījums: termiskais vai sekundārais sadalījums ir galvenais atteices mehānisms, kas ietekmē pusvadītāju jaudas komponentus, un lielākā daļa bojājumu lietošanas laikā ir saistīti ar sekundāro sadalījumu.Sekundārais sadalījums ir sadalīts uz priekšu nobīdes sekundārajā sadalījumā un apgrieztā nobīdes sekundārajā sadalījumā.Pirmais ir galvenokārt saistīts ar pašas ierīces termiskajām īpašībām, piemēram, ierīces dopinga koncentrāciju, iekšējo koncentrāciju utt., savukārt otrais ir saistīts ar nesēju lavīnu savairošanos kosmosa lādiņa reģionā (piemēram, kolektora tuvumā), gan no kuriem vienmēr ir pievienota strāvas koncentrācija ierīces iekšienē.Lietojot šādas sastāvdaļas, īpaša uzmanība jāpievērš termiskai aizsardzībai un siltuma izkliedēšanai.
Dinamiskā lavīna: dinamiskas izslēgšanas laikā ārēju vai iekšēju spēku dēļ strāvas kontrolēta sadursmes jonizācijas parādība, kas notiek ierīces iekšienē, ko ietekmē brīvā nesēja koncentrācija, izraisa dinamisku lavīnu, kas var rasties bipolārajās ierīcēs, diodēs un IGBT.
Šķembu lodēšanas kļūme: galvenais iemesls ir tas, ka mikroshēma un lodmetāls ir dažādi materiāli ar dažādiem termiskās izplešanās koeficientiem, tāpēc augstā temperatūrā pastāv termiskā neatbilstība.Turklāt lodēšanas tukšumu klātbūtne palielina ierīces termisko pretestību, pasliktinot siltuma izkliedi un veidojot karstos punktus lokālajā zonā, paaugstinot savienojuma temperatūru un izraisot ar temperatūru saistītas kļūdas, piemēram, elektromigrāciju.
Iekšējā svina savienojuma kļūme: galvenokārt korozijas bojājums savienojuma punktā, ko izraisa alumīnija korozija, ko izraisa ūdens tvaiku, hlora elementu utt. iedarbība karstā un mitrā sāls izsmidzināšanas vidē.Alumīnija savienojuma vadu noguruma lūzums, ko izraisa temperatūras cikls vai vibrācija.IGBT moduļa pakotnē ir liela izmēra, un, ja tas ir uzstādīts nepareizi, tas ir ļoti viegli izraisīt stresa koncentrāciju, kā rezultātā moduļa iekšējo vadu noguruma lūzums.
2) Integrētā shēma
Integrālo shēmu atteices mehānismam un vides izmantošanai ir liela saistība, mitrums mitrā vidē, statiskās elektrības vai elektrisko pārspriegumu radīti bojājumi, pārāk augsts teksta lietojums un integrālo shēmu izmantošana radiācijas vidē bez starojuma pretestības pastiprināšana var izraisīt arī ierīces atteici.
Saskarnes efekti, kas saistīti ar alumīniju: elektroniskajās ierīcēs ar materiāliem uz silīcija bāzes plaši izmanto SiO2 slāni kā dielektrisku plēvi, un alumīniju bieži izmanto kā materiālu starpsavienojumu līnijām, SiO2 un alumīnijs augstā temperatūrā būs ķīmiska reakcija, tā, ka alumīnija slānis kļūst plāns, ja SiO2 slānis ir noplicināts reakcijas patēriņa dēļ, izraisīs tiešu kontaktu starp alumīniju un silīciju.Turklāt zelta svina stieple un alumīnija savienojuma līnija vai alumīnija savienojuma stieple un caurules apvalka apzeltītā svina stieples savienošana radīs Au-Al saskarnes kontaktu.Šo divu metālu atšķirīgā ķīmiskā potenciāla dēļ pēc ilgstošas lietošanas vai uzglabāšanas augstā temperatūrā virs 200 ℃ radīsies dažādi intermetāliski savienojumi, un to režģa konstantes un termiskās izplešanās koeficienti ir atšķirīgi, saistīšanas punktā robežās. liels spriegums, vadītspēja kļūst maza.
Metalizācijas korozija: Alumīnija savienojuma līnija uz mikroshēmas ir jutīga pret ūdens tvaiku koroziju karstā un mitrā vidē.Cenu kompensācijas un vieglās masveida ražošanas dēļ daudzas integrālās shēmas ir iekapsulētas ar sveķiem, tomēr ūdens tvaiki var iziet cauri sveķiem, lai sasniegtu alumīnija savienojumus, un no ārpuses ievesti vai sveķos izšķīdināti piemaisījumi iedarbojas ar metālisku alumīniju, izraisot alumīnija starpsavienojumu korozija.
Ūdens tvaiku izraisītais atslāņošanās efekts: plastmasas IC ir integrēta shēma, kas iekapsulēta ar plastmasu un citiem sveķu polimēru materiāliem, papildus atslāņošanās efektam starp plastmasas materiālu un metāla rāmi un mikroshēmu (pazīstams kā "popkorna" efekts), Tā kā sveķu materiālam piemīt ūdens tvaiku adsorbcijas īpašības, ūdens tvaiku adsorbcijas izraisītais atslāņošanās efekts arī izraisīs ierīces atteici..Bojājuma mehānisms ir ūdens strauja izplešanās plastmasas blīvējuma materiālā augstās temperatūrās, tādējādi atdalot plastmasu un citu materiālu stiprinājumu, un nopietnos gadījumos plastmasas blīvējuma korpuss pārplīsīs.
2.5. Kapacitatīvie rezistīvie komponenti
1) Rezistori
Kopējos netinumu rezistorus var iedalīt četros veidos atkarībā no dažādiem materiāliem, ko izmanto rezistora korpusā, proti, sakausējuma tips, plēves veids, biezas plēves veids un sintētiskais tips.Fiksētajiem rezistoriem galvenie atteices režīmi ir atvērta ķēde, elektrisko parametru novirze utt.;savukārt potenciometriem galvenie atteices režīmi ir atvērta ķēde, elektrisko parametru novirze, trokšņa palielināšanās utt. Lietošanas vide izraisīs arī rezistoru novecošanos, kas ļoti ietekmē elektronisko iekārtu kalpošanas laiku.
Oksidācija: Rezistora korpusa oksidēšana palielinās pretestības vērtību un ir vissvarīgākais faktors, kas izraisa rezistora novecošanos.Izņemot rezistoru korpusus, kas izgatavoti no dārgmetāliem un sakausējumiem, visus citus materiālus sabojās gaisa skābeklis.Oksidācija ir ilgstoša iedarbība, un, pakāpeniski samazinoties citu faktoru ietekmei, par galveno faktoru kļūs oksidēšanās, un augsta temperatūra un augsta mitruma vide paātrinās rezistoru oksidēšanos.Precīzajiem rezistoriem un augstas pretestības vērtības rezistoriem galvenais oksidācijas novēršanas pasākums ir blīvējuma aizsardzība.Blīvmateriāliem jābūt neorganiskiem materiāliem, piemēram, metāls, keramika, stikls utt. Organiskais aizsargslānis nevar pilnībā novērst mitruma caurlaidību un gaisa caurlaidību, un tam var būt tikai aizkavējoša loma oksidācijā un adsorbcijā.
Saistvielas novecošana: organiskajiem sintētiskajiem rezistoriem organiskās saistvielas novecošana ir galvenais faktors, kas ietekmē rezistora stabilitāti.Organiskā saistviela galvenokārt ir sintētiskie sveķi, kas, termiski apstrādājot, rezistora ražošanas procesā tiek pārveidoti par augsti polimerizētu termoreaktīvo polimēru.Galvenais faktors, kas izraisa polimēru novecošanos, ir oksidēšanās.Oksidācijas radītie brīvie radikāļi izraisa polimēra molekulāro saišu eņģes, kas vēl vairāk sacietē polimēru un padara to trauslu, kā rezultātā tiek zaudēta elastība un mehāniski bojājumi.Saistvielas sacietēšana izraisa rezistora tilpuma samazināšanos, palielinot kontaktspiedienu starp vadošajām daļiņām un samazinot kontakta pretestību, kā rezultātā samazinās pretestība, bet saistvielas mehāniskie bojājumi palielina arī pretestību.Parasti saistvielas sacietēšana notiek pirms, mehāniski bojājumi rodas pēc, tāpēc organisko sintētisko rezistoru pretestības vērtība parāda šādu modeli: posma sākumā nedaudz samazinās, pēc tam pagriežas uz pieaugumu, un ir tendence palielināties.Tā kā polimēru novecošana ir cieši saistīta ar temperatūru un gaismu, sintētiskie rezistori paātrinās novecošanos augstas temperatūras vidē un spēcīgas gaismas iedarbībā.
Novecošana zem elektriskās slodzes: slodzes pielikšana rezistoram paātrinās tā novecošanās procesu.Zem līdzstrāvas slodzes elektrolītiskā darbība var sabojāt plānās kārtiņas rezistorus.Elektrolīze notiek starp spraugas rezistora spraugām, un, ja rezistora substrāts ir keramikas vai stikla materiāls, kas satur sārmu metālu jonus, joni pārvietojas elektriskā lauka iedarbībā starp spraugām.Mitrā vidē šis process norit daudz spēcīgāk.
2) Kondensatori
Kondensatoru atteices režīmi ir īssavienojums, atvērta ķēde, elektrisko parametru pasliktināšanās (ieskaitot jaudas izmaiņas, zuduma leņķa tangenses palielināšanos un izolācijas pretestības samazināšanos), šķidruma noplūde un svina korozijas lūzums.
Īssavienojums: lidojošais loks malā starp poliem augstā temperatūrā un zemā gaisa spiedienā izraisīs kondensatoru īssavienojumu, turklāt mehāniskais spriegums, piemēram, ārējs trieciens, arī izraisīs pārejošu dielektriķa īssavienojumu.
Atvērta ķēde: Svina vadu un elektrodu kontaktu oksidēšanās, ko izraisa mitra un karsta vide, kā rezultātā anoda svina folija ir zema nepieejamība un korozijas lūzums.
Elektrisko parametru pasliktināšanās: elektrisko parametru pasliktināšanās mitras vides ietekmē.
2.6. Valdes līmeņa shēma
Iespiedshēmas plate galvenokārt sastāv no izolācijas substrāta, metāla vadu un dažādu slāņu vadu savienošanas, lodēšanas komponentu "spilventiņiem".Tās galvenā loma ir nodrošināt elektronisko komponentu nesēju un pildīt elektrisko un mehānisko savienojumu lomu.
Iespiedshēmas plates atteices režīms galvenokārt ietver sliktu lodēšanu, atvērtu un īssavienojumu, pūslīšu veidošanos, plākšņu plātnes atslāņošanos, plates virsmas koroziju vai krāsas maiņu, plates lieces.
Izlikšanas laiks: 21. novembris 2022