對電子元器件的失效機理分析

扈敬

摘要：電子元器件是電子整機產品的源頭，失效分析是電子元器件質量、可靠性工作的基礎環節，失效分析是基于對元器件工藝、結構和電特性的了解、對其失效模式、失效特征及失效機理的掌握、以及對失效分析程序、失效分析技術的靈活運用。為了讓電子設備或電子系統可以正?？煽康剡\行，就必須針對電子元器件的故障必須要積極加以診斷和處理，找到失效故障的原因，及時處理故障，確保電子元器件以及電氣設備處于正常運行狀態?；诖吮疚姆治隽穗娮釉骷氖C理。

關鍵詞：電子元器件；失效機理；方法

一、電子元器件失效模式

在電子元器件運行過程中常見的失效模式主要有六種，分別是開路、短路、無功能、特性劣化、重測合格率低和結構不好。電子元器件故障原因分類主要分為以下幾種：第一，表面劣化機理。表面劣化指的是電子元器件表面受到腐蝕從而形成的失效現象，例如電子元器件表面受到鈉離子玷污，引起溝道漏電、γ輻射損傷、表面擊穿等。第二，金屬化系統劣化機理，指的是鋁電遷移、鋁腐蝕、鋁化傷、鋁缺口等。第三，封裝劣化機理，在電子元器件封裝過程中由于質量不到位，導致元器件的管腿腐蝕、電子元器件集成部位漏氣、殼內有外來物等從而引起漏電和短路故障。第四，使用問題引起的損壞，在使用電路系統的時候由于不正確的操作行為導致電子元器件受到損傷的現象，例如靜電損傷、電浪涌損傷、機械損傷、過高溫度引起的破壞等。

二、電子元件失效機理

（一）大部分電子元器件的可靠性指標均不明確

這類矛盾主要存在老舊機型的配套產品上，由于電阻器、電容器、電感器和半導體分立器件等電子元器件失效時間函數不服從指數分布，且受設計、結構、材料和工藝等影響較大，生產廠家只是給了相應的質量保證等級，沒有給出量化表征產品可靠性水平的特征數。配套產品承制單位由于沒有量化表征產品可靠性水平的特征數可參考，在設計產品時無法正確評估電阻器、電容器、電感器和半導體分立器件等電子元器件的可靠性指標對產品全壽命周期的影響，沒有對電子元器件的使用情況進行有效的監督，更沒有制定相應的管理措施，致使大量上世紀六七十年代的產品部隊仍在使用。但到壽的電子元器件一旦超出壽命期繼續使用就存在發生故障的巨大風險，為部隊飛行安全埋下了巨大的隱患。

（二）可靠性方面問題

不管是元件還是器件，其可靠性指標都會受到諸多因素的影響，如元器件的設計、結構、工作模式、選用的材料和采用的生產工藝，使用的環境應力和電應力等因素都會對元器件的可靠性指標造成影響。對于不同的元器件，各個因素對元器件可靠性指標的影響程度是不同的，對于電容器而言選用的原材料是影響可靠性指標的關鍵因素；對于半導體分立器件采用的生產工藝和電應力是影響可靠性指標的關鍵因素；對于繼電器、接觸器而言結構、工藝、材料、電應力對可靠性指標的影響都是至關重要的，所以各種因素對元器件可靠性指標的影響不能一概而論，需要有側重點。

三、失效分析的技術方法

（一）常用方法

1.感官辨別法。通過眼觀部件外形、手觸感知部件溫度與軟硬程度、鼻嗅味道、耳聽聲音，判斷是否存在異常的方式即為感官辨別法。感官辨別法操作簡便、省錢，只是能夠辨別的內容會受感官能力的制約。

2.電源拉偏法。電源拉偏法是指把正常的電源與電壓拉偏，使其處于非正常狀態，然后暴露出薄弱環節或故障，進而可以反映出故障或瀕臨故障的組件、元器件部位。這種方法一般用在由于工作時間較長導致的故障或初步判斷是電網波動引發故障的情況。值得提醒的是，電源拉偏法具有一定的破壞性，使用這種方法前一定要檢查保險系數或其他因素，切記勿隨便使用。

（二）加強可靠性管理

1.可靠性測試。若測試已可確定測試出電路的某個功能塊失效時，可將這一功能塊（或某元器件）隔離開，然后進行可靠性測試。如上述測試未能確定出電路的某個功能塊失效，那么采用分段測試手段，搜尋失效部位，探究失效模式。

2.電子元器件破壞性分析。電子元器件的破壞性分析一般是采用物理分析方法來進行。物理分析方法就是通過對同批次樣品進行隨機抽取部分用來進行測試、試驗、以及分析，然后根據分析結果得出這一批元器件地材料、質量以及結構設計跟相關專業規范相一致。對不符合規范要求的電子器件產品一律退回重新設計生產，只有這樣才能嚴格保證產品的合格率、提高經濟效益。

（三）對于元器件的工作負荷要進行科學的控制

根據元器件的實際應用效果來講，如果元器件經常處于滿負荷或者超負荷的狀態下工作的話，質量再好的元器件其使用期限肯定會慢慢減小。所以在使用電子元器件的時候要及時的給它進行負荷和溫度的調整，與此同時在按照冗余設計、裕度設計這樣的措施來增強元器件的使用性能，最大限度的降低其失效率；對于功率比較大的元器件來說最好是具備有相應的散熱器功能零部件，以確保電子元器件的電路負荷不會超標，當然要確保電路的性能良好還是得得選擇電子元器件成本較高的集成電路會比較好。

（四）加強對電子元器件使用和監管

元器件的使用規則和制度是降低人為因素對元器件帶來的不利影響的必要手段之一，在此過程中不僅會提高設計人員的設計水平還能夠讓設計人員和使用人員的工作變得有依有據，條分縷析，從而避免人為因素造成的元器件失效；讓質量管理部門參與電子元器件的質量的監督與管理的過程將有利于掌握元器件的使用情況，實時的了解整機的電子元器件出現故障和失效率的數據，以此及時的發現和解決故障，提高元器件應用的可靠性。

總之，為了促進電子信息技術的進一步發展，就要提高電子元器件的可靠性，所以就必須了解電子元器件失效的機理、模式以及分析技術等，進一步加強研究非常有必要。

參考文獻：

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