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標題: 先收藏了！工程師必知的那些元器件失效機理 [打印本頁]

作者: 芻狗 時間: 2023-12-3 22:05
標題: 先收藏了！工程師必知的那些元器件失效機理

溫度導致失效

環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生漂移、晶體管電流放大系數發生變化、特性曲線發生變化，動態范圍變小。
溫度與允許功耗的關系如下：

式中：PCM―――最大允許功耗TjM―――最高允許結溫T――――使用環境溫度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小；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、穩態失調，甚至熱擊穿。

溫度變化對電阻的影響

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。

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（正溫度系數熱敏電阻）和NTC（負溫度系數熱敏電阻），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。

溫度變化對電容的影響

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變化，甚至發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。買元器件現貨上唯樣商城！
而濕度過低又容易產生靜電，所以環境的濕度應控制在合理的水平。

過高電壓導致器件失效

施加在元器件上的電壓穩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，會產生一些意想不到的后果。

可能引起的故障模式，及失效分析。

電氣過應力（Electrical Over Stress，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），是由電氣系統中的脈沖導致的一種常見的損害電子器件的方式。

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