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[導讀]失效直接受濕度、溫度、電壓、機械等因素的影響。 溫度導致失效 環(huán)境溫度是導致元件失效的重要因素。


失效直接受濕度、溫度、電壓、機械等因素的影響。

溫度導致失效

環(huán)境溫度是導致元件失效的重要因素。

溫度變化對半導體器件的影響:構成雙極型半導體器件的基本單元P-N結對溫度的變化很敏感,當P-N結反向偏置時,由少數(shù)載流子形成的反向漏電流受溫度的變化影響,其關系為:

式中:

  • ICQ:溫度T0C時的反向漏電流。

  • ICQR:溫度TR℃時的反向漏電流。

  • (T-TR):溫度變化的絕對值。

由上式可以看出,溫度每升高10℃,ICQ將增加一倍。這將造成晶體管放大器的工作點發(fā)生漂移、晶體管電流放大系數(shù)發(fā)生變化、特性曲線發(fā)生變化,動態(tài)范圍變小。

溫度與允許功耗的關系如下:

式中:

  • PCM:最大允許功耗。

  • TjM最高允許溫。

  • T:使用環(huán)境溫度。

  • RT:熱阻。

由上式可以看出,溫度的升高將使晶體管的最大允許功耗下降。

由于P-N結的正向壓降受溫度的影響較大,所以用P-N為基本單元構成的雙極型半導體邏輯元件(TTL、HTL等集成電路)的電壓傳輸特性和抗干擾度也與溫度有密切的關系。當溫度升高時,P-N結的正向壓降減小,其開門和關門電平都將減小,這就使得元件的低電平抗干擾電壓容限隨溫度的升高而變??;高電平抗干擾電壓容限隨溫度的升高而增大,造成輸出電平偏移、波形失真、穩(wěn)態(tài)失調,甚至熱擊穿。


溫度變化的影響

1 對電阻的影響

溫度變化對電阻的影響主要是溫度升高時,電阻的熱噪聲增加,阻值偏離標稱值,允許耗散概率下降等。比如,RXT系列的碳膜電阻在溫度升高到100℃時,允許的耗散概率僅為標稱值的20%。

但我們也可以利用電阻的這一特性,比如,有經過特殊設計的一類電阻:PTC(正溫度系數(shù)熱敏電阻)和NTC(負溫度系數(shù)熱敏電阻),它們的阻值受溫度的影響很大。

對于PTC,當其溫度升高到某一閾值時,其電阻值會急劇增大。利用這一特性,可將其用在電路板的過流保護電路中,當由于某種故障造成通過它的電流增加到其閾值電流后,PTC的溫度急劇升高,同時,其電阻值變大,限制通過它的電流,達到對電路的保護。而故障排除后,通過它的電流減小,PTC的溫度恢復正常,同時,其電阻值也恢復到其正常值。

對于NTC,它的特點是其電阻值隨溫度的升高而減小。

2 對電容的影響

溫度變化將引起電容的到介質損耗變化,從而影響其使用壽命。溫度每升高10℃時,電容器的壽命就降低50%,同時還引起阻容時間常數(shù)變化,甚至發(fā)生因介質損耗過大而熱擊穿的情況。

此外,溫度升高也將使電感線圈、變壓器、扼流圈等的絕緣性能下降。

濕度導致失效

濕度過高,當含有酸堿性的灰塵落到電路板上時,將腐蝕元器件的焊點與接線處,造成焊點脫落,接頭斷裂。

濕度過高也是引起漏電耦合的主要原因。

而濕度過低又容易產生靜電,所以環(huán)境的濕度應控制在合理的水平。

過高電壓導致失效

施加在元器件上的電壓穩(wěn)定性是保證元器件正常工作的重要條件。過高的電壓會增加元器件的熱損耗,甚至造成電擊穿。對于電容器而言,其失效率正比于電容電壓的5次冪。對于集成電路而言,超過其最大允許電壓值的電壓將造成器件的直接損壞。

電壓擊穿是指電子器件都有能承受的最高耐壓值,超過該允許值,器件存在失效風險。主動元件和被動元件失效的表現(xiàn)形式稍有差別,但也都有電壓允許上限。晶體管元件都有耐壓值,超過耐壓值會對元件有損傷,比如超過二極管、電容等,電壓超過元件的耐壓值會導致它們擊穿,如果能量很大會導致熱擊穿,元件會報廢。

振動/沖擊影響

機械振動與沖擊會使一些內部有缺陷的元件加速失效,造成災難性故障,機械振動還會使焊點、壓線點發(fā)生松動,導致接觸不良;若振動導致導線不應有的碰連,會產生一些意象不到的后果。

可能引起的故障模式,及失效分析。

電氣過應力(ElectricalOverStress,EOS)是一種常見的損害電子器件的方式,是元器件常見的損壞原因,其表現(xiàn)方式是過壓或者過流產生大量的熱能,使元器件內部溫度過高從而損壞元器件(大家常說的燒壞),是由電氣系統(tǒng)中的脈沖導致的一種常見的損害電子器件的方式。


END

來源:eepw

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