Выход из строя электронных компонентов

Вышла из строя микросхема в ноутбуке. Неправильная входная полярность привела к сильному перегреву микросхемы и сгоранию пластикового корпуса.

Электронные компоненты имеют широкий диапазон режимов отказа . Их можно классифицировать по-разному, например, по времени или причине. Неисправности могут быть вызваны превышением температуры, превышением тока или напряжения, ионизирующим излучением , механическим ударом, напряжением или ударом и многими другими причинами. В полупроводниковых устройствах проблемы в корпусе устройства могут привести к сбоям из-за загрязнения, механического напряжения устройства, а также обрыва или короткого замыкания.

Отказы чаще всего происходят в начале и в конце срока службы деталей, что приводит к в виде кривой ванны графику интенсивности отказов . Процедуры приработки используются для обнаружения ранних сбоев. В полупроводниковых устройствах паразитные структуры в условиях отказов становятся важными , не имеющие значения для нормальной работы; 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 по установлению заданного уровня надежности. Например, способность резистора выдерживать мощность может быть значительно снижена при его применении в высотных самолетах для обеспечения соответствующего срока службы. Внезапное замыкание на размыкание может привести к множественным вторичным отказам, если оно происходит быстро и в цепи имеется индуктивность ; это вызывает большие скачки напряжения, которые могут превышать 500 вольт. Таким образом, нарушение металлизации чипа может привести к вторичному повреждению из-за перенапряжения. Термический разгон может привести к внезапным сбоям, включая плавление, пожар или взрывы.

Сбои упаковки

Большинство неисправностей электронных компонентов связано с упаковкой . Упаковка как барьер между электронными деталями и окружающей средой очень чувствительна к факторам окружающей среды. Тепловое расширение вызывает механические напряжения, которые могут вызвать усталость материала , особенно если коэффициенты теплового расширения материалов различны. Влажность и агрессивные химические вещества могут вызвать коррозию упаковочных материалов и проводов, что может привести к их поломке и повреждению внутренних частей, что приведет к выходу из строя электрической системы. Превышение допустимого диапазона температур окружающей среды может привести к перенапряжению проводных соединений, что приведет к разрыву соединений, растрескиванию полупроводниковых кристаллов или возникновению трещин в упаковке. Влажность и последующий высокотемпературный нагрев также могут стать причиной растрескивания, а также механического повреждения или удара.

Во время инкапсуляции соединительные провода могут быть оборваны, закорочены или коснуться кристалла чипа, обычно по краю. Штампы могут треснуть из-за механического перенапряжения или термического удара; дефекты, возникшие в процессе обработки, например, скрайбирование, могут перерасти в трещины. Свинцовые рамы могут содержать излишки материала или заусенцы, вызывающие замыкание. Ионные загрязнители, такие как щелочные металлы и галогены, могут мигрировать из упаковочных материалов в полупроводниковые матрицы, вызывая коррозию или ухудшение параметров. Уплотнения стекло-металл 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 штифта.

В полости упаковки могут присутствовать различные газы: примеси, попавшие в процессе производства, выделение газов из используемых материалов или химические реакции, например, когда упаковочный материал перегревается (продукты часто являются ионными и способствуют коррозии с отсроченным выходом из строя). Чтобы обнаружить это, гелий часто помещается в инертную атмосферу внутри упаковки в качестве индикаторного газа для обнаружения утечек во время испытаний. Углекислый газ и водород могут образовываться из органических материалов, влага выделяется полимерами, а эпоксидные смолы, отверждаемые амином, выделяют аммиак . Образование трещин и рост интерметаллидов в креплениях кристалла могут привести к образованию пустот и расслоению, ухудшая передачу тепла от кристалла к подложке и радиатору и вызывая тепловой отказ. Поскольку некоторые полупроводники, такие как кремний и арсенид галлия , прозрачны для инфракрасного излучения, инфракрасная микроскопия может проверить целостность соединений кристалла и структур под кристаллом.

Красный фосфор , способствующего обугливанию , используемый в качестве антипирена , облегчает миграцию серебра, если он присутствует в упаковке. Обычно он покрыт гидроксидом алюминия ; если покрытие неполное, частицы фосфора окисляются до высокогигроскопичной пятиокиси фосфора , которая реагирует с влагой до фосфорной кислоты . Это коррозионный электролит, который в присутствии электрических полей способствует растворению и миграции серебра, вызывая короткое замыкание соседних выводов упаковки, выводов выводной рамки , соединительных стержней, структур крепления чипа и площадок для чипа. Серебряный мостик может быть поврежден из-за теплового расширения корпуса; таким образом, исчезновение замыкания при нагреве чипа и его повторное появление после охлаждения является признаком этой проблемы. Расслоение и тепловое расширение могут сместить кристалл чипа относительно корпуса, деформируя и, возможно, закорачивая или растрескивая соединительные провода.

Контактные сбои

Электрические контакты обладают повсеместным контактным сопротивлением , величина которого определяется структурой поверхности и составом поверхностных слоев. В идеале контактное сопротивление должно быть низким и стабильным, однако слабое контактное давление, механическая вибрация , коррозия и образование пассивирующих оксидных слоев и контактов могут изменить контактное сопротивление значительно , что приведет к нагреву сопротивления и выходу из строя цепи.

Паяные соединения могут выйти из строя по многим причинам, например, из-за электромиграции и образования хрупких интерметаллических слоев. Некоторые неисправности проявляются только при экстремальных температурах соединений, что затрудняет поиск и устранение неисправностей. Несоответствие теплового расширения материала печатной платы и ее упаковки приводит к растяжению соединений между деталями и платой; в то время как детали со свинцом могут поглощать нагрузку за счет изгиба, детали без свинца поглощают напряжения припоем. Термоциклирование может привести к усталостному растрескиванию паяных соединений, особенно при использовании эластичных припоев; Для смягчения подобных инцидентов используются различные подходы. Незакрепленные частицы, такие как сварочная проволока и сварочный нагар, могут образовываться в полости устройства и мигрировать внутрь 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 оказывают неприемлемо высокое сопротивление; они также могут мигрировать и вызывать замыкания. Оловянные усы могут образовываться на луженых металлах, например на внутренней стороне упаковки; ослабленные усы могут стать причиной периодических коротких замыканий внутри упаковки. Кабели , помимо описанных выше способов, могут выйти из строя из-за перетирания и повреждения огнем.

Неисправности печатной платы

Сильная коррозия печатной платы из-за негерметичной никель-кадмиевой батареи, установленной на печатной плате.

Печатные платы (PCB) уязвимы к воздействию окружающей среды; например, дорожки подвержены коррозии и могут быть неправильно протравлены, оставляя частичные замыкания, а переходные отверстия могут быть недостаточно покрыты металлом или заполнены припоем. Дорожки могут треснуть под механическими нагрузками, что часто приводит к ненадежной работе печатной платы. Остатки флюса для припоя могут способствовать коррозии; те из других материалов на печатных платах могут вызвать электрические утечки. Полярные ковалентные соединения могут притягивать влагу подобно антистатикам , образуя тонкий слой проводящей влаги между следами; ионные соединения, такие как хлориды, способствуют коррозии. Ионы щелочных металлов могут мигрировать через пластиковую упаковку и влиять на работу полупроводников. Остатки хлорированных углеводородов могут гидролизоваться и выделять едкие хлориды; это проблемы, которые возникают спустя годы. Полярные молекулы могут рассеивать высокочастотную энергию, вызывая паразитные диэлектрические потери .

Выше температуры стеклования печатных плат матрица смолы размягчается и становится подверженной диффузии загрязнений. Например, полигликоли из паяльного флюса могут попасть в плату и увеличить ее влагопоглощение с соответствующим ухудшением диэлектрических и коррозионных свойств. Многослойные подложки из керамики страдают от многих из тех же проблем.

Проводящие анодные нити (CAF) могут расти внутри плат вдоль волокон композитного материала. Металл попадает на уязвимую поверхность, как правило, при покрытии переходных отверстий, а затем мигрирует в присутствии ионов, влаги и электрического потенциала; Повреждения при сверлении и плохое соединение стекла со смолой способствуют таким отказам. Образование CAF обычно начинается с плохой связи стекло-смола; слой адсорбированной влаги образует канал, по которому мигрируют ионы и продукты коррозии. В присутствии хлорид-ионов осаждающийся материал представляет собой атакамит ; его полупроводниковые свойства приводят к увеличению утечки тока, ухудшению диэлектрической прочности и коротким замыканиям между дорожками. Абсорбированные гликоли из остатков флюса усугубляют проблему. Разница в термическом расширении волокон и матрицы ослабляет связь при пайке платы; бессвинцовые припои, требующие более высоких температур пайки, увеличивают вероятность возникновения CAF. Помимо этого, CAF зависят от поглощенной влажности; ниже определенного порога они не возникают. Расслоение может привести к разделению слоев платы, растрескиванию переходных отверстий и проводников, что приведет к появлению путей для коррозионных загрязнений и миграции проводящих веществ.

Неисправности реле

Каждый раз, когда контакты электромеханического реле или контактора размыкаются или замыкаются, происходит определенный износ контактов . Электрическая дуга возникает между точками контакта (электродами) как при переходе из замкнутого в разомкнутое (разрыв), так и из разомкнутого в замкнутое (замыкающее) положение. Дуга, возникающая при разрыве контакта (разрывная дуга), аналогична дуговой сварке , поскольку разрывная дуга обычно более энергична и более разрушительна.

Тепло и ток электрической дуги на контактах создают специфические конусы и кратеры в результате миграции металла. Помимо физического контактного повреждения, появляется еще и налет из углерода и других веществ. Это ухудшение резко ограничивает общий срок службы реле или контактора до диапазона, возможно, 100 000 срабатываний, что составляет 1% или меньше ожидаемого механического срока службы того же устройства.

Полупроводниковые сбои

См. Также: Надежность (полупроводник)

Многие неудачи приводят к генерации горячих электронов . Их можно наблюдать под оптическим микроскопом, поскольку они генерируют ближнего инфракрасного диапазона фотоны , которые можно обнаружить с помощью ПЗС-камеры . Защелки можно наблюдать таким образом. Если место повреждения видно, оно может указывать на природу перенапряжения. Жидкокристаллические покрытия могут использоваться для локализации неисправностей: холестерические жидкие кристаллы являются термохромными и используются для визуализации мест тепловыделения на чипах, а нематические жидкие кристаллы реагируют на напряжение и используются для визуализации утечек тока через оксидные дефекты и заряд. состояния на поверхности чипа (особенно логические состояния). Лазерная маркировка упаковок в пластиковых капсулах может повредить чип, если стеклянные сферы в упаковке выстроятся в линию и направят лазер на чип.

Примеры отказов полупроводников, связанных с полупроводниковыми кристаллами, включают:

• Зарождение и рост дислокаций . Для этого требуется наличие существующего дефекта в кристалле, как это происходит при излучении, и ускоряется под действием тепла, высокой плотности тока и излучаемого света. В светодиодах арсенид галлия и арсенид алюминия-галлия более восприимчивы к этому, чем фосфид арсенида галлия и фосфид индия ; Нитрид галлия и нитрид индия-галлия нечувствительны к этому дефекту.
• Накопление носителей заряда , запертых в затворе транзистора МОП- . Это приводит к постоянному смещению затвора , влияющему на пороговое напряжение транзистора; это может быть вызвано впрыском горячего носителя , ионизирующим излучением или номинальным использованием. Для ячеек EEPROM это основной фактор, ограничивающий количество циклов стирания-записи.
• Миграция носителей заряда из плавающих затворов . Это ограничивает срок службы данных, хранящихся в структурах EEPROM и флэш-EPROM.
• Неправильная пассивация. Коррозия является важным источником отсроченных отказов; полупроводники, металлические межсоединения и пассивационные стекла — все они восприимчивы. Поверхность полупроводников, подвергающаяся воздействию влаги, имеет оксидный слой; высвободившийся водород реагирует с более глубокими слоями материала, образуя летучие гидриды .

Сбои параметров

Переходные отверстия являются распространенным источником нежелательного последовательного сопротивления микросхем; дефектные переходные отверстия демонстрируют неприемлемо высокое сопротивление и, следовательно, увеличивают задержки распространения. Поскольку их удельное сопротивление падает с повышением температуры, индикатором такой неисправности является ухудшение максимальной рабочей частоты микросхемы в другую сторону. Мышиные укусы — это участки, где металлизация имеет уменьшенную ширину; такие дефекты обычно не проявляются во время электрических испытаний, но представляют серьезную угрозу надежности. Повышенная плотность тока при укусе мыши может усугубить проблемы электромиграции; для создания чувствительной к температуре задержки распространения необходима большая степень образования пустот.

Иногда допуски схемы могут затруднить отслеживание ошибочного поведения; например, слабый управляющий транзистор, более высокое последовательное сопротивление и емкость затвора последующего транзистора могут находиться в пределах допуска, но могут значительно увеличить задержку распространения сигнала . Они могут проявляться только при определенных условиях окружающей среды, высоких тактовых частотах, низких напряжениях питания, а иногда и при определенных состояниях сигнала схемы; значительные изменения могут произойти на одном штампе. Повреждения, вызванные перенапряжением, такие как омические шунты или снижение выходного тока транзистора, могут увеличить такие задержки, что приведет к неустойчивому поведению. Поскольку задержки распространения сильно зависят от напряжения питания, колебания последнего могут вызвать такое поведение.

на основе арсенида галлия Монолитные микроволновые интегральные схемы могут иметь следующие неисправности:

• Деградация I _DSS из-за проваливания ворот и отравления водородом . Этот отказ является наиболее распространенным и его легче всего обнаружить, и на него влияет уменьшение активного канала транзистора при опускании затвора и истощение плотности доноров в активном канале из-за отравления водородом.
• затвора Ухудшение тока утечки . Это происходит при ускоренных испытаниях на долговечность или при высоких температурах и предположительно вызвано эффектами поверхностного состояния.
• Ухудшение напряжения отсечки . Это распространенный вид отказа устройств на основе арсенида галлия, работающих при высоких температурах, и в первую очередь он обусловлен взаимодействием полупроводника и металла и деградацией металлических структур затвора, еще одной причиной является водород. Этому может помешать подходящий барьерный металл между контактами и арсенид галлия.
• Увеличение сопротивления сток-исток. Это наблюдается в высокотемпературных устройствах и вызвано взаимодействием металл-полупроводник, опусканием затвора и деградацией омического контакта.

Сбои металлизации

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

Отказы металлизации являются более распространенными и серьезными причинами деградации полевых транзисторов, чем процессы, связанные с материалами; аморфные материалы не имеют границ зерен, что препятствует взаимной диффузии и коррозии. Примеры таких сбоев включают в себя:

• Электромиграция выводит атомы из активных областей, вызывая дислокации и точечные дефекты, действующие как центры безызлучательной рекомбинации, выделяющие тепло. Это может произойти с алюминиевыми затворами в MESFET с радиочастотными сигналами, что приводит к нестабильному току стока; электромиграция в этом случае называется стоком ворот . Эта проблема не возникает с золотыми воротами. В конструкциях, содержащих алюминий над барьером из тугоплавкого металла, электромиграция в первую очередь влияет на алюминий, но не на тугоплавкий металл, вызывая беспорядочное увеличение сопротивления конструкции. Смещенный алюминий может вызвать замыкание на соседние конструкции; 0,5-4% меди в алюминии увеличивает сопротивление электромиграции, медь накапливается на границах зерен сплава и увеличивает энергию, необходимую для вытеснения атомов из них. Помимо этого, оксид индия, олова и серебро подвержены электромиграции, вызывая ток утечки и (в светодиодах) безызлучательную рекомбинацию по краям чипа. Во всех случаях электромиграция может вызвать изменение размеров и параметров затворов транзисторов и полупроводниковых переходов.
• Механические напряжения, высокие токи и агрессивные среды приводят к образованию усов и коротких замыканий. Эти эффекты могут возникать как внутри корпуса, так и на печатных платах .
• Образование кремниевых узелков. Алюминиевые межсоединения могут быть легированы кремнием до насыщения во время осаждения, чтобы предотвратить всплески сплава. Во время термоциклирования атомы кремния могут мигрировать и слипаться вместе, образуя узелки, которые действуют как пустоты, увеличивая местное сопротивление и сокращая срок службы устройства.
• Деградация омического контакта между металлизацией и полупроводниковыми слоями. При арсениде галлия для достижения низкого контактного сопротивления применяют слой золото-германиевого сплава (иногда с никелем); омический контакт образуется в результате диффузии германия, образуя тонкую, сильно легированную n-областью под металлом, облегчающую соединение, оставляя золото, осаждающееся над ним. Атомы галлия могут мигрировать через этот слой и поглощаться золотом выше, создавая под контактом зону, богатую дефектами и обедненную галлием; затем золото и кислород мигрируют противоположно, что приводит к увеличению сопротивления омического контакта и снижению эффективного уровня легирования. Образование интерметаллических соединений также играет роль в этом виде разрушения.

Электрическое перенапряжение

Большинство отказов полупроводников, связанных с напряжением, имеют микроскопическую электротермическую природу; локальное повышение температуры может привести к немедленному выходу из строя из-за плавления или испарения слоев металлизации, плавления полупроводника или изменения структуры. Диффузия и электромиграция имеют тенденцию ускоряться при высоких температурах, сокращая срок службы устройства; Повреждения переходов, не приводящие к немедленному выходу из строя, могут проявляться в изменении вольт-амперных характеристик переходов. Отказы из-за электрического перенапряжения можно классифицировать как отказы, вызванные температурой, электромиграцией и электрическим полем; примеры таких неудач включают в себя:

• Термический выход из-под контроля , когда кластеры в подложке вызывают локальную потерю теплопроводности , что приводит к повреждению, выделяющему больше тепла; наиболее распространенными причинами являются пустоты, вызванные неполной пайкой , эффектами электромиграции и пустотами Киркендалла . Кластерное распределение плотности тока по переходу или нитям тока приводит к скоплению локализованных горячих точек тока, что может привести к тепловому выходу из-под контроля.
• Обратное смещение . Некоторые полупроводниковые устройства основаны на диодном переходе и номинально являются выпрямителями; однако режим обратного пробоя может возникать при очень низком напряжении, а умеренное напряжение обратного смещения вызывает немедленную деградацию и значительно ускоренный выход из строя. 5 В — максимальное напряжение обратного смещения для типичных светодиодов, причем некоторые типы имеют меньшие значения.
• Сильная перегрузка стабилитронов при замыкании обратного смещения. Достаточно высокое напряжение вызывает лавинный пробой перехода Зенера; это, а также большой ток, проходящий через диод, вызывает сильный локальный нагрев, плавление перехода и металлизацию, а также образование кремний-алюминиевого сплава, который замыкает клеммы. Иногда это намеренно используется как метод жесткого подключения через предохранители.
• Защелки (при воздействии на устройство импульса повышенного или пониженного напряжения); паразитная структура, действующая как сработавший тиристор , может вызвать отказ из-за перегрузки по току. В микросхемах защелки классифицируются как внутренние (например, в линии передачи отражения и отражения от земли ) или внешние (например, сигналы, поступающие через контакты ввода-вывода и космические лучи ); внешние защелки могут сработать электростатическим разрядом, а внутренние защелки - нет. Защелки могут быть вызваны носителями заряда, введенными в подложку чипа или другую защелку; стандарт JEDEC78 проверяет восприимчивость к защелкам.

Электростатический разряд

Основная статья: Электростатический разряд

Электростатический разряд (ESD) представляет собой подкласс электрического перенапряжения и может привести к немедленному выходу устройства из строя, необратимым изменениям параметров и скрытым повреждениям, вызывающим повышенную скорость деградации. Он имеет по крайней мере один из трех компонентов: локализованное выделение тепла, высокую плотность тока и высокий градиент электрического поля; длительное присутствие токов в несколько ампер передает энергию конструкции устройства, вызывая повреждение. ЭСР в реальных цепях вызывает затухание волны с быстро меняющейся полярностью, при этом соединения подвергаются одинаковой нагрузке; у него есть четыре основных механизма:

• Пробой оксида происходит при напряженности поля выше 6–10 МВ/см.
• Повреждение соединения, проявляющееся в виде утечки обратного смещения, увеличивается до точки короткого замыкания.
• Металлизация и выгорание поликремния, при которых повреждение ограничивается металлическими и поликремниевыми межсоединениями, тонкопленочными резисторами и диффузионными резисторами.
• Инжекция заряда, при которой горячие носители, генерируемые лавинным пробой, впрыскиваются в оксидный слой.

К катастрофическим отказам ESD относятся:

• Перегорание соединения, когда через соединение образуется проводящий путь, который замыкает его.
• Выгорание металлизации, когда плавление или испарение части металлического межсоединения прерывает его.
• Оксидное прокалывание, образование токопроводящего пути через изолирующий слой между двумя проводниками или полупроводниками; оксиды затвора самые тонкие и, следовательно, наиболее чувствительные. На поврежденном транзисторе виден низкоомный переход между клеммами затвора и стока.

Параметрический сбой лишь изменяет параметры устройства и может проявиться при нагрузочном тестировании ; иногда степень повреждения может со временем снизиться. Скрытые отказы ESD возникают с задержкой и включают в себя:

• Повреждение изолятора вследствие ослабления изоляционных конструкций.
• Повреждение соединения за счет сокращения срока службы неосновных носителей, увеличения сопротивления прямому смещению и увеличения утечки обратного смещения.
• Повреждение металлизации из-за ослабления проводника.

Катастрофические отказы требуют самых высоких разрядных напряжений, их легче всего проверить и они случаются реже всего. Параметрические отказы возникают при промежуточных напряжениях разряда и происходят чаще, причем наиболее распространенными являются скрытые отказы. На каждый параметрический отказ приходится 4–10 скрытых. Современные схемы СБИС более чувствительны к электростатическому разряду, имеют меньшие характеристики, меньшую емкость и более высокое соотношение напряжения к заряду. Нанесение кремния на проводящие слои делает их более проводящими, уменьшая балластное сопротивление, играющее защитную роль.

Оксид затвора некоторых МОП-транзисторов может быть поврежден потенциалом 50 В, затвор изолирован от перехода, и накапливающийся на нем потенциал вызывает чрезмерную нагрузку на тонкий диэлектрический слой; Напряженный оксид может немедленно разрушиться и выйти из строя. Сам оксид затвора выходит из строя не сразу, а может быть ускорен под действием тока утечки, вызванного напряжением , причем повреждение оксида приводит к отложенному выходу из строя после продолжительных часов работы; Внутрикристальные конденсаторы, в которых используются оксидные или нитридные диэлектрики, также уязвимы. Структуры меньшего размера более уязвимы из-за их более низкой емкости , а это означает, что одинаковое количество носителей заряда заряжает конденсатор до более высокого напряжения. Все тонкие слои диэлектриков уязвимы; следовательно, чипы, изготовленные с использованием более толстых оксидных слоев, менее уязвимы.

Отказы, вызванные током, чаще встречаются в устройствах с биполярным переходом, где преобладают переходы Шоттки и PN. Высокая мощность разряда, превышающая 5 киловатт в течение менее микросекунды, может плавить и испарять материалы. Значение тонкопленочных резисторов может быть изменено из-за образования на них пути разряда или испарения части тонкой пленки; это может быть проблематично в прецизионных приложениях, где такие значения имеют решающее значение.

КМОП Новые выходные буферы с использованием слаболегированных силицидных стоков более чувствительны к электростатическому разряду; N-канальный драйвер обычно повреждается в оксидном слое или в колодце n+/p-перехода. Это вызвано скоплением тока во время обратного хода паразитного NPN-транзистора. В структурах с тотемным полюсом P/NMOS почти всегда повреждается NMOS-транзистор. Структура перехода влияет на его чувствительность к электростатическому разряду; углы и дефекты могут привести к скоплению тока, снижая порог повреждения. Прямосмещенные переходы менее чувствительны, чем обратносмещенные, поскольку джоулево тепло прямосмещенных переходов рассеивается через более толстый слой материала по сравнению с узкой областью обеднения в обратносмещенном переходе.

Отказы пассивных элементов

Резисторы

Основная статья: Режимы отказа резисторов

Резистор, удаленный из цепи высоковольтной трубки, показывает повреждение резистивного слоя оксида металла из-за электрической дуги.

Резисторы могут выйти из строя при размыкании или коротком замыкании, а их номинал меняется в зависимости от условий окружающей среды и за пределами пределов производительности. Примеры неисправностей резисторов включают в себя:

• 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 номиналы резистора.
• Резисторы для поверхностного монтажа расслаиваются в местах соединения разнородных материалов, например, между керамической подложкой и резистивным слоем.
• Тонкопленочные резисторы из нихрома в интегральных схемах подвергаются воздействию фосфора из пассивационного стекла, вызывая их коррозию и увеличивая их сопротивление.
• Резисторы SMD с серебряной металлизацией контактов выходят из строя при разомкнутой цепи в среде с высоким содержанием серы из -за накопления сульфида серебра .
• Дендриты меди, растущие из оксида меди (II), присутствуют в некоторых материалах (например, в слое, способствующем прилипанию металлизации к керамической подложке) и перекрывают прорезь обрезки.

Потенциометры и триммеры

Потенциометры и триммеры представляют собой трехполюсные электромеханические детали, содержащие резистивную цепь с регулируемым контактом дворника. Помимо режимов отказа обычных резисторов, механический износ дворника и резистивного слоя, коррозия, загрязнение поверхности и механические деформации могут привести к прерывистому изменению сопротивления тракта дворника, что является проблемой для аудиоусилителей. Многие типы герметичны не идеально, в деталь попадают загрязнения и влага; Особенно распространенным загрязнителем является флюс припоя . Механические деформации (например, нарушение контакта с дорожкой очистителя) могут возникнуть из-за коробления корпуса во время пайки или механического воздействия во время монтажа. Чрезмерное напряжение на выводах может вызвать растрескивание подложки и открытое разрушение, когда трещина проникает в резистивный путь.

Конденсаторы

Основная статья: Конденсатор

Конденсаторы характеризуются своей емкостью , паразитным сопротивлением последовательно и параллельно, напряжением пробоя и коэффициентом потерь ; оба паразитных параметра часто зависят от частоты и напряжения. Конструктивно конденсаторы состоят из электродов, разделенных диэлектриком, соединительных выводов и корпуса; ухудшение любого из них может привести к сдвигу параметров или отказу. Короткие отказы и утечки из-за увеличения параллельного паразитного сопротивления являются наиболее распространенными видами отказов конденсаторов, за которыми следуют открытые отказы. Некоторые примеры отказов конденсаторов включают в себя:

• Пробой диэлектрика из-за перенапряжения или старения диэлектрика, возникающий при падении напряжения пробоя ниже рабочего напряжения. Некоторые типы конденсаторов «самовосстанавливаются», поскольку внутренняя дуга испаряет части электродов вокруг неисправного места. Другие образуют проводящий путь через диэлектрик, приводя к замыканию или частичной потере диэлектрического сопротивления.
• Материалы электродов мигрируют через диэлектрик, образуя проводящие пути.
• Выводы отделились от конденсатора в результате грубого обращения во время хранения, сборки или эксплуатации, что привело к обрыву цепи. Неисправность может произойти незаметно внутри упаковки и ее можно измерить.
• Увеличение коэффициента потерь из -за загрязнения материалов конденсатора, особенно остатками флюса и растворителя.

Электролитические конденсаторы

Помимо перечисленных выше проблем, электролитические конденсаторы страдают и такими неисправностями:

• Алюминиевые версии, электролит которых высыхает, что приводит к постепенной утечке, эквивалентному последовательному сопротивлению и потере емкости. Рассеяние мощности из-за высоких пульсаций тока и внутреннего сопротивления приводит к повышению внутренней температуры конденсатора сверх допустимых пределов, что ускоряет скорость износа; такие конденсаторы обычно выходят из строя при коротком замыкании.
• Загрязнение электролита (например, из-за влаги) разъедает электроды, что приводит к потере емкости и короткому замыканию.
• Электролиты выделяют газ, увеличивая давление внутри корпуса конденсатора и иногда вызывая взрыв; Примером является конденсаторная чума .
• Танталовые версии подвергаются электрическому перенапряжению, что приводит к необратимому разрушению диэлектрика и иногда вызывает обрыв или короткое замыкание. Места, вышедшие из строя таким образом, обычно видны как обесцвеченный диэлектрик или как локально расплавленный анод.

Металлооксидные варисторы

Основная статья: Варистор

Металлооксидные варисторы обычно имеют более низкое сопротивление при нагревании; при прямом подключении к силовой шине для защиты от скачков напряжения варистор с пониженным напряжением срабатывания может привести к катастрофическому тепловому разгону, а иногда и к небольшому взрыву или возгоранию. Чтобы предотвратить это, ток повреждения обычно ограничивается термопредохранителем, автоматическим выключателем или другим устройством ограничения тока.

Сбои МЭМС

Микроэлектромеханические системы страдают от различных типов отказов:

• Трение, вызывающее залипание движущихся частей; внешний импульс иногда восстанавливает функциональность. Антипригарные покрытия, уменьшение площади контакта и повышенная осведомленность смягчают проблему в современных системах.
• Частицы, мигрирующие в системе и блокирующие их движение. Проводящие частицы могут закорачивать цепи, такие как электростатические приводы. Износ повреждает поверхности и высвобождает мусор, который может быть источником загрязнения частицами.
• Переломы, приводящие к потере механических частей.
• Усталость материала приводит к появлению трещин в движущихся конструкциях.
• Диэлектрический заряд приводит к изменению функциональности и в какой-то момент к сбоям в параметрах.

Воссоздание режимов отказа

Чтобы уменьшить количество отказов, жизненно важное значение имеет точное знание качества измерения прочности соединения во время проектирования и последующего производства продукта. Лучше всего начать с режима отказа. Это основано на предположении, что существует определенный режим отказа или ряд режимов, которые могут возникнуть в продукте. Поэтому разумно предположить, что тест облигаций должен воспроизводить интересующий режим или режимы. Однако точное повторение не всегда возможно. Испытательная нагрузка должна быть приложена к некоторой части образца и передана через образец на связку. Если эта часть образца является единственным вариантом и слабее самой связи, образец разрушится раньше связи.

См. также

• Надежность (полупроводник)

Дальнейшее чтение

• Херфст Р.В., Стенекен П.Г., Шмитц Дж., Зависимость заряда диэлектрика в емкостных переключателях RF MEMS от времени и напряжения, (2007) Ежегодные труды – Физика надежности (Симпозиум), арт. нет. 4227667, стр. 417–421.

Внешние ссылки

• http://www.esda.org – Ассоциация ОУР