Selles artiklis uuritakse elektroonikakomponentide rikkerežiime ja rikkemehhanisme ning antakse nende tundlikud keskkonnad, et anda mõningaid viiteid elektroonikatoodete disainile.
1. Tüüpilised komponentide rikkerežiimid
Seerianumber
Elektroonikakomponendi nimi
Keskkonnaga seotud rikkerežiimid
Keskkonnastress
1. Elektromehaanilised komponendid
Vibratsioon põhjustab poolide väsimusmurdu ja kaablite lõdvenemist.
Vibratsioon, šokk
2. Pooljuhtmikrolaineseadmed
Kõrge temperatuur ja temperatuurišokk põhjustavad kihistumist pakendimaterjali ja kiibi vahelisel liidesel ning plastiksulguriga mikrolaineahju monoliidi pakendi materjali ja kiibihoidiku liidese vahel.
Kõrge temperatuur, temperatuurišokk
3. Hübriid-integraallülitused
Löök põhjustab keraamilise substraadi pragunemist, temperatuurišokk kondensaatori otsaelektroodi pragunemiseni ja temperatuuri tsükkel põhjustab jootmise rikke.
Šokk, temperatuuri tsükkel
4. Diskreetseadmed ja integraallülitused
Termiline purunemine, kiibi jootmise rike, sisemise plii sidumise tõrge, löök, mis põhjustab passiveerimiskihi purunemist.
Kõrge temperatuur, šokk, vibratsioon
5. Takistavad komponendid
Südamiku substraadi purunemine, takistusliku kile purunemine, plii purunemine
Šokk, kõrge ja madal temperatuur
6. Plaaditaseme vooluahel
Mõranenud jooteühendused, purunenud vase augud.
Kõrge temperatuur
7. Elektriline vaakum
Kuuma traadi väsimusmurd.
Vibratsioon
2, tüüpiline komponendi rikkemehhanismi analüüs
Elektrooniliste komponentide tõrkerežiim ei ole üks, vaid ainult tüüpiliste komponentide tundliku keskkonna taluvuse piiranalüüsi tüüpiline osa, et saada üldisem järeldus.
2.1 Elektromehaanilised komponendid
Tüüpiliste elektromehaaniliste komponentide hulka kuuluvad elektripistikud, releed jne. Rikkerežiime analüüsitakse põhjalikult vastavalt kahte tüüpi komponentide struktuurile.
1) Elektriühendused
Elektriline pistik kesta, isolaatori ja kolme põhiüksuse kontaktkorpuse poolt, rikkerežiim on kokku võetud kolme rikkevormi kontakti rikke, isolatsiooni rikke ja mehaanilise rikke all.Elektripistiku rikke peamine vorm kontakti rikke korral, selle toimimise tõrge: kontakt hetkelise katkestuse korral ja kontakttakistus suureneb.Elektripistikute puhul tekitab kontakttakistuse ja materjalijuhi takistuse olemasolu tõttu voolu läbi elektripistiku, kontakttakistus ja metallmaterjalist juhi takistus džauli soojust, džauli soojus suurendab soojust, mille tulemuseks on voolutugevuse suurenemine. kontaktpunkti temperatuur, liiga kõrge kontaktpunkti temperatuur muudab metalli kontaktpinna pehmeks, sulab või isegi keeb, kuid suurendab ka kontakttakistust, põhjustades seega kontakti rikke..Kõrge temperatuuriga keskkonna rollis ilmnevad kontaktosad ka roomamisena, mistõttu kontaktosade vaheline kontaktrõhk väheneb.Kui kontaktrõhk on teatud määral vähenenud, suureneb kontakttakistus järsult ja põhjustab lõpuks halva elektrikontakti, mille tulemuseks on kontakti rike.
Teisest küljest mõjutab elektripistikut ladustamisel, transportimisel ja töötamisel mitmesuguseid vibratsioonikoormusi ja löögijõude, kui välise vibratsioonikoormuse ergutussagedus ja elektripistikud, mis on omase sageduse lähedal, muudavad elektripistiku resonantsi. nähtus, mille tulemusel kontaktdetailide vahe suureneb, vahe suureneb teatud määral, kontaktrõhk kaob silmapilkselt, mille tulemuseks on elektrikontakt "vahetu katkestus".Vibratsiooni, löökkoormuse korral tekitab elektripistik sisemise pinge, kui pinge ületab materjali voolavuspiiri, kahjustab see materjali ja puruneb;Selle pikaajalise pinge rollis võib materjal tekkida ka väsimuskahjustuste tõttu ja lõpuks põhjustada rikke.
2) Relee
Elektromagnetreleed koosnevad tavaliselt südamikest, mähistest, armatuuridest, kontaktidest, pilliroost jne.Kuni mähise mõlemasse otsa lisatakse teatud pinge, liigub mähises teatud vool, tekitades seega elektromagnetilise efekti, armatuur ületab elektromagnetilise tõmbejõu, et naasta vedru tõmbele südamikusse, mis omakorda sunnib armatuuri liikuvaid kontakte ja staatilisi kontakte (tavaliselt avatud kontakte) sulguma.Kui mähis on välja lülitatud, kaob ka elektromagnetiline imemisjõud, armatuur naaseb vedru reaktsioonijõu mõjul algsesse asendisse, nii et liikuv kontakt ja algne staatiline kontakt (tavaliselt suletud kontakt) imevad.See imemine ja vabastamine, saavutades seeläbi juhtivuse eesmärgi ja katkestas ahela.
Elektromagnetreleede üldise rikke peamised viisid on: relee normaalselt avatud, relee tavaliselt suletud, relee dünaamiline vedrutegevus ei vasta nõuetele, kontaktide sulgemine pärast relee elektriliste parameetrite ületamist.Elektromagnetrelee tootmisprotsessi nappuse tõttu on paljud elektromagnetreleed tootmisprotsessis ebaõnnestunud varjatud ohtude kvaliteedi tagamiseks, näiteks mehaanilise pinge leevendamise periood on liiga lühike, mille tulemuseks on mehaaniline struktuur pärast vormiosade deformeerumist, jääkide eemaldamine ei ole ammendatud. mille tulemuseks on PIND test ebaõnnestus või isegi rike, tehase testimise ja kasutamise sõelumine ei ole range nii, et rike seadme kasutuselevõttu jne. Löögikeskkond võib tõenäoliselt põhjustada plastilist deformatsiooni metallist kontaktid, mille tulemuseks on relee rike.Releed sisaldavate seadmete projekteerimisel tuleb keskenduda mõjukeskkonna kohanemisvõimele.
2.2 Mikrolaineahju pooljuhtkomponendid
Mikrolaine pooljuhtseadmed on Ge, Si ja III ~ V liitpooljuhtmaterjalidest valmistatud komponendid, mis töötavad mikrolaineribas.Neid kasutatakse elektroonilistes seadmetes, nagu radar, elektroonilised sõjapidamise süsteemid ja mikrolaine sidesüsteemid.Mikrolaineahju diskreetse seadme pakend lisaks elektriühendustele ning südamiku ja tihvtide mehaanilisele ja keemilisele kaitsele peaks korpuse projekteerimisel ja valikul arvestama ka korpuse parasiitide parameetrite mõju seadme mikrolaine ülekandeomadustele.Mikrolaineahju korpus on samuti osa vooluringist, mis ise moodustab tervikliku sisend- ja väljundahela.Seetõttu peaksid korpuse kuju ja struktuur, suurus, dielektriline materjal, juhtme konfiguratsioon jne vastama komponentide mikrolaineomadustele ja vooluahela rakendusaspektidele.Need tegurid määravad kindlaks sellised parameetrid nagu mahtuvus, elektrijuhtme takistus, iseloomulik takistus ning toru korpuse juhi- ja dielektrikakad.
Mikrolaine pooljuhtkomponentide keskkonnale olulised rikkerežiimid ja mehhanismid hõlmavad peamiselt värava metallist valamu ja takistuse omaduste halvenemist.Värava metallist valamu on tingitud värava metalli (Au) termiliselt kiirendatud difusioonist GaAs-sse, nii et see rikkemehhanism ilmneb peamiselt kiirendatud eluea katsete või äärmiselt kõrge temperatuuriga töötamise ajal.Värava metalli (Au) difusioonikiirus GaAs on värava metalli materjali difusiooniteguri, temperatuuri ja materjali kontsentratsiooni gradiendi funktsioon.Täiusliku võrestruktuuri jaoks ei mõjuta seadme jõudlust väga aeglane difusioonikiirus normaalsetel töötemperatuuridel, kuid difusioonikiirus võib olla märkimisväärne, kui osakeste piirid on suured või kui esineb palju pinnadefekte.Takistit kasutatakse tavaliselt mikrolaine monoliitsetes integraallülitustes tagasisideahelate jaoks, aktiivsete seadmete nihkepunkti määramiseks, isoleerimiseks, võimsussünteesiks või sidumise lõpetamiseks, on kaks takistusstruktuuri: metallkile takistus (TaN, NiCr) ja kergelt legeeritud GaAs. õhukese kihi vastupidavus.Katsed näitavad, et niiskuse põhjustatud NiCr-resistentsuse halvenemine on selle rikke peamiseks mehhanismiks.
2.3 Hübriid-integraallülitused
Traditsioonilised hübriid-integraallülitused, vastavalt paksu kile juhtlindi substraadi pinnale, on õhukese kile juhtlindi protsess jagatud kahte kategooriasse: paksukile hübriid-integraallülitused ja õhukese kilega hübriid-integraallülitused: teatud väikese trükkplaadi (PCB) vooluring, Trükilülituse tõttu on lameplaadi pinnal kile kujul, et moodustada juhtiv muster, mis on samuti klassifitseeritud hübriid-integraallülitustena.Tänu mitmekiibiliste komponentide ilmumisele on see täiustatud hübriid-integraallülitus, selle substraadi ainulaadne mitmekihiline juhtmestiku struktuur ja läbiva auguga protsessitehnoloogia muutnud komponentidest hübriid-integraallülituse suure tihedusega ühendusstruktuuris, mis on kasutatud substraadi sünonüüm. mitmekiibilistes komponentides ja hõlmavad järgmist: õhukese kile mitmekihiline, paks kile mitmekihiline, kõrgel temperatuuril koospõletatud, madalal temperatuuril koospõletatud, ränipõhine, PCB mitmekihiline substraat jne.
Hübriid-integraallülituse keskkonnamõjude rikkerežiimid hõlmavad peamiselt elektrilise avatud vooluahela rikkeid, mis on põhjustatud põhimiku pragunemisest ja komponentide ning paksukilejuhtide, komponentide ja õhukeste kilejuhtide, põhimiku ja korpuse vahelisest keevitusrikkest.Toote kukkumisest tulenev mehaaniline mõju, jootmisel tekkiv termiline šokk, substraadi väändumise ebatasasusest põhjustatud lisapinge, külgmine tõmbepinge, mis tuleneb substraadi ja metallkorpuse ning sidematerjali vahelisest termilisest mittevastavusest, mehaaniline pinge või termilise pinge kontsentratsioon, mis on põhjustatud substraadi sisemistest defektidest, võimalikud kahjustused mis on põhjustatud substraadi puurimisest ja substraadi lõikamisest kohalikest mikropragudest, mis lõpuks põhjustavad välist mehaanilist pinget, mis on suurem kui keraamilise aluspinna omane mehaaniline tugevus. Tulemuseks on rike.
Jootekonstruktsioonid on vastuvõtlikud korduvatele temperatuuritsüklilistele pingetele, mis võivad põhjustada jootekihi termilist väsimist, mille tulemuseks on vähenenud sidumistugevus ja suurenenud soojustakistus.Tinapõhise plastilise joodise klassi puhul põhjustab temperatuuri tsüklilise pinge roll jootekihi termilise väsimise põhjuseks, kuna kahe joodisega ühendatud konstruktsiooni soojuspaisumistegur on ebaühtlane, kas joodise nihke deformatsioon või nihkedeformatsioon, pärast korduvalt jootekihi väsimuspragude laienemist ja pikendamist, mis lõpuks viib jootekihi väsimuse purunemiseni.
2.4 Diskreetseadmed ja integraallülitused
Diskreetsed pooljuhtseadmed jagunevad laiade kategooriate järgi dioodideks, bipolaarseteks transistoriteks, MOS-väljaefekttorudeks, türistoriteks ja isoleeritud paisuga bipolaarseteks transistoriteks.Integraallülitustel on lai valik rakendusi ja neid saab nende funktsioonide järgi jagada kolme kategooriasse, nimelt digitaalsed integraallülitused, analoog-integraallülitused ja segatud digitaal-analoog-integraallülitused.
1) Diskreetsed seadmed
Diskreetseid seadmeid on erinevat tüüpi ja nende erinevate funktsioonide ja protsesside tõttu on neil oma eripära ning rikete toimimises on olulisi erinevusi.Kuid pooljuhtprotsesside abil moodustatud põhiseadmetena on nende rikkefüüsikas teatud sarnasusi.Peamised välise mehaanika ja looduskeskkonnaga seotud tõrked on termiline purunemine, dünaamiline laviin, kiibi jootmise rike ja sisemine plii sidumise rike.
Termiline purunemine: termiline rike või sekundaarne rike on peamine rikkemehhanism, mis mõjutab pooljuhtide võimsuskomponente, ja enamik kahjustusi kasutamise ajal on seotud sekundaarse rikke nähtusega.Sekundaarne jaotus jaguneb päripinge sekundaarseks jaotuseks ja vastupidise eelpinge sekundaarseks jaotuseks.Esimene on peamiselt seotud seadme enda termiliste omadustega, nagu seadme dopingu kontsentratsioon, sisemine kontsentratsioon jne, teine aga kandjate laviinide paljunemisega ruumilaengu piirkonnas (näiteks kollektori läheduses), mõlemad millest alati kaasneb voolu kontsentratsioon seadme sees.Selliste komponentide kasutamisel tuleb erilist tähelepanu pöörata termilisele kaitsele ja soojuse hajutamisele.
Dünaamiline laviin: dünaamilise väljalülitamise ajal välis- või sisejõudude mõjul põhjustab seadme sees vaba kandja kontsentratsioonist mõjutatud vooluga juhitav põrkeionisatsiooni nähtus dünaamilise laviini, mis võib tekkida bipolaarsetes seadmetes, dioodides ja IGBT-des.
Kiipjootmise rike: Peamine põhjus on see, et kiip ja joodis on erinevad materjalid, millel on erinevad soojuspaisumistegurid, mistõttu on kõrgetel temperatuuridel termiline ebakõla.Lisaks suurendab joote tühimike olemasolu seadme soojustakistust, halvendades soojuse hajumist ja moodustades lokaalses piirkonnas kuumi kohti, tõstes ristmiku temperatuuri ja põhjustades temperatuuriga seotud tõrkeid, näiteks elektromigratsiooni.
Sisemine plii sidumise tõrge: peamiselt korrosioonitõrge sidumispunktis, mis on põhjustatud alumiiniumi korrosioonist, mis on põhjustatud veeauru, kloorielementide jms toimest kuumas ja niiskes soolapihustuskeskkonnas.Alumiiniumist liimimisjuhtmete väsimusmurd, mis on põhjustatud temperatuuritsüklist või vibratsioonist.Moodulipaketis olev IGBT on oma mõõtmetelt suur ja kui see on valesti paigaldatud, on väga lihtne tekitada pinge koondumist, mille tulemuseks on mooduli sisemiste juhtmete väsimusmurd.
2) Integraallülitus
Integraallülituste rikkemehhanismil ja keskkonnakasutusel on suur seos, niiskus niiskes keskkonnas, staatilise elektri või ülepinge tekitatud kahjustused, liigne tekstikasutus ja integraallülituste kasutamine kiirguseta kiirguskeskkonnas. takistuse tugevdamine võib samuti põhjustada seadme rikke.
Alumiiniumiga seotud liideseefektid: Ränipõhiste materjalidega elektroonikaseadmetes kasutatakse laialdaselt SiO2 kihti dielektrilise kilena ja alumiiniumi kasutatakse sageli ühendusliinide materjalina, SiO2 ja alumiinium kõrgel temperatuuril on keemiline reaktsioon, Nii et alumiiniumkiht muutub õhukeseks, kui SiO2 kiht on reaktsiooni tarbimise tõttu ammendunud, põhjustab alumiiniumi ja räni vahel otsekontakti.Lisaks loob kuldse pliitraat ja alumiiniumist ühendusliin või alumiiniumist ühendusjuhe ning torukesta kullatud juhttraadi ühendamine Au-Al liideskontakti.Nende kahe metalli erineva keemilise potentsiaali tõttu tekivad pärast pikaajalist kasutamist või säilitamist kõrgel temperatuuril üle 200 ℃ mitmesuguseid metallidevahelisi ühendeid ning nende võrekonstandid ja soojuspaisumiskoefitsiendid on nende sidumispunktis erinevad. suure pinge korral muutub juhtivus väikeseks.
Metalliseerimise korrosioon: kiibil olev alumiiniumist ühendusliin on kuumas ja niiskes keskkonnas vastuvõtlik veeauru korrosioonile.Tänu hinnakompensatsioonile ja lihtsale masstootmisele on paljud integraallülitused kapseldatud vaiguga, kuid veeaur pääseb läbi vaigu, et jõuda alumiiniumi ühendusteni ning väljastpoolt sisse toodud või vaigus lahustunud lisandid toimivad koos metallilise alumiiniumiga, põhjustades alumiiniumist ühenduste korrosioon.
Veeauru põhjustatud delaminatsiooniefekt: plastist IC on integraallülitus, mis on kapseldatud plastiku ja muude vaikpolümeermaterjalidega, lisaks plastmaterjali ning metallraami ja kiibi vahelisele delaminatsiooniefektile (üldtuntud kui "popkorni" efekt), kuna vaigumaterjalil on veeauru adsorptsiooni omadused, põhjustab veeauru adsorptsioonist tingitud delaminatsiooniefekt ka seadme rikke..Tõrkemehhanism on vee kiire paisumine plastikust tihendusmaterjalis kõrgel temperatuuril, nii et plasti ja selle kinnituse vaheline eraldumine muude materjalide vahel ning tõsistel juhtudel puruneb plastikust tihenduskeha.
2.5 Mahtuvuslikud takistuslikud komponendid
1) Takistid
Tavalised mittemähised takistid saab jagada nelja tüüpi vastavalt takisti korpuses kasutatavatele erinevatele materjalidele, nimelt sulami tüüp, kile tüüp, paksu kile tüüp ja sünteetiline tüüp.Fikseeritud takistite puhul on peamised rikkerežiimid avatud vooluring, elektriliste parameetrite triiv jne;samas kui potentsiomeetrite puhul on peamised rikkerežiimid avatud vooluring, elektriliste parameetrite triiv, müra suurenemine jne. Kasutuskeskkond toob kaasa ka takisti vananemise, millel on suur mõju elektroonikaseadmete elueale.
Oksüdatsioon: Takisti korpuse oksüdeerumine suurendab takistuse väärtust ja on kõige olulisem takisti vananemist põhjustav tegur.Välja arvatud väärismetallidest ja sulamitest valmistatud takistikehad, kahjustab õhuhapnik kõiki teisi materjale.Oksüdatsioon on pikaajaline mõju ja kui muude tegurite mõju järk-järgult väheneb, saab peamiseks teguriks oksüdatsioon ning kõrge temperatuur ja kõrge õhuniiskus kiirendavad takistite oksüdeerumist.Täppistakistite ja suure takistusega takistite puhul on oksüdatsiooni vältimise põhimeede tihenduskaitse.Tihendusmaterjalid peaksid olema anorgaanilised materjalid, nagu metall, keraamika, klaas jne. Orgaaniline kaitsekiht ei saa täielikult takistada niiskuse ja õhu läbilaskvust ning võib oksüdatsiooni ja adsorptsiooni ainult aeglustada.
Sideaine vananemine: orgaaniliste sünteetiliste takistite puhul on orgaanilise sideaine vananemine peamine takisti stabiilsust mõjutav tegur.Orgaaniline sideaine on peamiselt sünteetiline vaik, mis muundatakse takisti tootmisprotsessi käigus kuumtöötlemisel kõrge polümerisatsiooniga termoreaktiivseks polümeeriks.Peamine polümeeri vananemist põhjustav tegur on oksüdatsioon.Oksüdatsioonil tekkivad vabad radikaalid põhjustavad polümeeri molekulaarsidemete liigendumist, mis kõvendab polümeeri veelgi ja muudab selle rabedaks, mille tulemuseks on elastsuse kadu ja mehaanilised kahjustused.Sideaine kõvenemine põhjustab takisti mahu kahanemist, suurendades juhtivate osakeste vahelist kontaktrõhku ja vähendades kontakttakistust, mille tulemuseks on takistuse vähenemine, kuid sideaine mehaaniline kahjustus suurendab ka takistust.Tavaliselt toimub sideaine kõvenemine enne, mehhaanilised kahjustused tekivad pärast, nii et orgaaniliste sünteetiliste takistite takistuse väärtus näitab järgmist mustrit: etapi alguses väheneb mõningane langus, seejärel pöördub see suurenemiseni ja on tendents suureneda.Kuna polümeeride vananemine on tihedalt seotud temperatuuri ja valgusega, kiirendavad sünteetilised takistid vananemist kõrge temperatuuri ja tugeva valguse käes.
Vananemine elektrilise koormuse all: takistile koormuse rakendamine kiirendab selle vananemisprotsessi.Alalisvoolu koormuse korral võib elektrolüütiline toime kahjustada õhukese kile takisteid.Elektrolüüs toimub piludega takisti pilude vahel ja kui takisti substraadiks on leelismetalliioone sisaldav keraamiline või klaasmaterjal, liiguvad ioonid piludevahelise elektrivälja toimel.Niiskes keskkonnas kulgeb see protsess ägedamalt.
2) Kondensaatorid
Kondensaatorite rikkerežiimid on lühis, avatud ahel, elektriliste parameetrite halvenemine (sh võimsuse muutus, kadunurga puutuja suurenemine ja isolatsioonitakistuse vähenemine), vedeliku leke ja plii korrosiooni purunemine.
Lühis: lendav kaar pooluste vahelisel serval kõrgel temperatuuril ja madalal õhurõhul põhjustab kondensaatorite lühise, lisaks põhjustab mehaaniline pinge, nagu väline löök, ka dielektriku mööduvat lühist.
Avatud vooluahel: niiske ja kuuma keskkonna põhjustatud pliijuhtmete ja elektroodide kontaktide oksüdeerumine, mille tulemuseks on anoodiplii fooliumi madala ligipääsmatuse ja korrosioonimurd.
Elektriliste parameetrite halvenemine: Elektriliste parameetrite halvenemine niiske keskkonna mõjul.
2.6 Plaatide tasemel vooluring
Trükkplaat koosneb peamiselt isoleerivast substraadist, metalljuhtmestikust ja erinevate juhtmekihtide ühendamisest, jootekomponentidest "padjakesed".Selle põhiülesanne on pakkuda elektroonikakomponentidele kandjat ning täita elektriliste ja mehaaniliste ühenduste rolli.
Trükkplaadi rikkerežiim hõlmab peamiselt halba jootmist, avatud ja lühist, villide teket, plaadi lõhkemist, plaadi pinna korrosiooni või värvimuutust, plaadi painutamist.
Postitusaeg: 21.11.2022