聯(lián)系我們

器件失效的元兇分析

網(wǎng)站首頁 » 新聞 » 公司動態(tài) » 器件失效的元兇分析

器件失效的元兇分析


有時(shí)候器件是"壽終正寢",有時(shí)候是存在壓力但不明顯。

器件的"壽終正寢"是一種源于物理或化學(xué)變化的累積性衰退效應(yīng)。
大家都知道,電解電容和某些類型的薄膜電容"終有一死",原因是在微量雜質(zhì)(氧氣等)和電壓力的共同作用下,其電介質(zhì)會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。集成電路結(jié)構(gòu)遵循摩爾定律,變得越來越小,正常工作溫度下的摻雜物遷移導(dǎo)致器件在數(shù)十年(而非原來的數(shù)百年)內(nèi)失效的風(fēng)險(xiǎn)在提高。
另外,磁致伸縮引發(fā)的疲勞會使電感發(fā)生機(jī)械疲勞,這是一種廣為人知的效應(yīng)。某些類型的電阻材料會在空氣中緩慢氧化,當(dāng)空氣變得更為潮濕時(shí),氧化速度會加快。同樣,沒有人會期望電池永遠(yuǎn)有效。
因此,電源適配器廠家在選擇器件時(shí),有必要了解其結(jié)構(gòu)和可能的老化相關(guān)失效機(jī)制;即使在理想條件下使用器件,這些機(jī)制也可能發(fā)生影響。
本欄目電源適配器廠家不會詳細(xì)討論失效機(jī)制,但多數(shù)聲譽(yù)良好的制造商會關(guān)注其電源適配器產(chǎn)品的老化現(xiàn)象,對工作壽命和潛在失效機(jī)制通常都很熟悉。
許多電源適配器制造商針對其產(chǎn)品的安全工作壽命及其限制機(jī)制提供了相關(guān)資料。
然而,在適當(dāng)?shù)墓ぷ鳁l件下,大多數(shù)電子器件的預(yù)期壽命可達(dá)數(shù)十年,甚至更長,但有些仍會過早失效。原因常常是不被人注意的壓力。
一個(gè)引用墨菲定律的有用說法是"物理定律不會僅僅因?yàn)槟銢]注意它而不起作用"。許多壓力機(jī)制被輕易地忽視。
任何設(shè)計(jì)海洋環(huán)境下使用的電源適配器的人,都會考慮鹽霧和濕度—這是理所應(yīng)當(dāng)?shù)?,因?yàn)樗鼈兲膳铝耍?/span>
其實(shí),許多電源適配器都可能遭遇不那么可怕,但仍可能造成傷害的化學(xué)挑戰(zhàn)。人(和動物)的呼吸含有濕氣,而且略呈酸性。廚房和其他家居環(huán)境包含各類輕度腐蝕性煙霧,如漂白劑、消毒劑、各類烹飪煙霧、油和酒精等,所有這些煙霧的危害都不是很大,但我們不應(yīng)想當(dāng)然地認(rèn)為,我們的電路會在受到完好保護(hù)的條件下"安度終生"。設(shè)計(jì)人員務(wù)必要考慮電路會遇到的環(huán)境挑戰(zhàn),在經(jīng)濟(jì)可行的情況下,應(yīng)當(dāng)通過設(shè)計(jì)來將任何潛在危害降至最小。
靜電損害(ESD)是一種壓力機(jī)制,與此相關(guān)的警告是最常見的,但我們往往視而不見。
pcb在生產(chǎn)時(shí),電源適配器廠家會采取充分措施來消除制造過程中的ESD,但交付后,許多pcb被用在對一般操作引起的ESD沒有足夠防護(hù)措施的系統(tǒng)中。做好充足的防護(hù)并不難,只是會增加少許成本,因而常常遭到忽略。(可能是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)不景氣)。在正常使用的最極端情況下評估系統(tǒng)電子器件需要何種ESD保護(hù)并考慮如何實(shí)現(xiàn),應(yīng)當(dāng)成為所有設(shè)計(jì)的一部分。
另一個(gè)因素是過壓。很少有人要求半導(dǎo)體或電容即使遭受重大過壓也無恙,但大值電阻遇到遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)手冊所列絕對最大值的電壓是常見現(xiàn)象。問題在于:雖然其阻值足夠高,不會變熱,但內(nèi)部可能產(chǎn)生微小電弧,導(dǎo)致其緩慢漂移而偏離規(guī)格,最終短路。
大的繞線電阻通常具有數(shù)百伏的擊穿電壓,因此,過去這個(gè)問題并不常見,但如今廣泛使用小型表貼電阻,其擊穿電壓可能低于30V,相當(dāng)容易受過壓影響。
大電流也會造成問題。大家都很熟悉普通保險(xiǎn)絲—它是一段導(dǎo)線,如有過大電流流經(jīng)其中,它就會變熱并熔斷,從而防止120w電源適配器短路及其他類似問題。但是,若在非常小的導(dǎo)體中有極高的電流密度,導(dǎo)體可能不會變得非常熱,不過最終仍可能失效。原因是所謂的電遷移(有時(shí)也稱為離子遷移)。即導(dǎo)電電子與擴(kuò)散金屬原子之間的動量傳遞導(dǎo)致導(dǎo)體中的離子逐漸運(yùn)動,引起物質(zhì)運(yùn)輸效應(yīng)。這使得攜帶大直流電流的薄導(dǎo)體隨著時(shí)間推移而變得越來越薄,最終失效。
但有些部分會像保險(xiǎn)絲一樣失效,即熔斷,比如導(dǎo)線或半導(dǎo)體芯片上的導(dǎo)電走線。大電流造成這種現(xiàn)象的一個(gè)常見原因是電容充電電流太大??紤]一個(gè)ESR為1Ω的1μF電容,如果將它連接在110V、60Hz交流電源上,則有大約41mA的交流電流流經(jīng)其中。但如果在電壓處于最大值(110√2=155.6V)時(shí)連接到交流電源,則只有ESR會限流,峰值電流將達(dá)到155.6A,盡管其持續(xù)時(shí)間不到1μs,也足以損壞許多小信號半導(dǎo)體器件。
重復(fù)發(fā)生浪涌可能會損壞電容本身,尤其是電解電容。在用于給小型電子設(shè)備充電的廉價(jià)低壓開關(guān)電源("壁式電源適配器")中,這是特別常見的失效機(jī)制。
如果在一個(gè)交流周期的錯誤時(shí)間插入,整流器和電容就會攜帶非常大的浪涌電流,這種情況若多次發(fā)生,最終可能會損壞器件。
用一個(gè)小電阻與整流器串聯(lián),可以限制此浪涌電流,使問題最小化。
如果我們很幸運(yùn),ESD或過壓/過流事件會立即損壞器件,這樣很容易知道問題所在。但更常見的情況是,壓力引起的損害導(dǎo)致器件失效,而最開始引發(fā)故障的壓力早已消失。要診斷此類失效的原因是非常困難的,甚至是不可能的。
電源適配器廠家無論設(shè)計(jì)什么電路,都有必要考慮所用器件的工作壽命和失效機(jī)制,以及在容許的最極端使用條件下,是否有任何潛在問題或壓力源會導(dǎo)致器件受損。任何此類問題都應(yīng)當(dāng)考慮,并盡可能在最終設(shè)計(jì)中予以最小化。

電源適配器

電源適配器濾波電路設(shè)計(jì)
電源適配器應(yīng)用領(lǐng)域
如何區(qū)分真假電源適配器
集成電路是怎么回事
電源適配器功率變換部分


文章轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò),如有侵權(quán),請聯(lián)系刪除。
| 發(fā)布時(shí)間:2019.01.08    來源:電源適配器廠家
上一個(gè):電源適配器歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN55035與EN55032的區(qū)別下一個(gè):串接PNP型晶體管的低功耗線性調(diào)整器

東莞市玖琪實(shí)業(yè)有限公司專業(yè)生產(chǎn):電源適配器、充電器、LED驅(qū)動電源、車載充電器、開關(guān)電源等....