In questu documentu, i modi di fallimentu è i meccanismi di fallimentu di i cumpunenti elettronichi sò studiati è i so ambienti sensibili sò datu per furnisce qualchì riferimentu per u disignu di prudutti elettronichi.
1. Modi di fallimentu di cumpunenti tipici
Numeru d'ordine
Nome di u cumpunente elettronicu
Modi di fallimentu di l'ambiente
Stress ambientale
1. Cumpunenti electromechanical
A vibrazione provoca a rottura di fatigue di bobine è allentamentu di i cavi.
Vibrazioni, scossa
2. Dispositivi microwave Semiconductor
L'alta temperatura è u scossa di temperatura portanu à una delaminazione à l'interfaccia trà u materiale di u pacchettu è u chip, è trà u materiale di u pacchettu è l'interfaccia di supportu di chip di u monolitu di microonde sigillatu in plastica.
Alta temperatura, scossa di temperatura
3. Circuiti integrati ibridi
U scossa porta à u cracking di u sustrato ceramicu, u scossa di temperatura porta à u cracking di l'elettrodu di u condensatore, è u ciclicu di a temperatura porta à un fallimentu di saldatura.
Scossa, ciclu di temperatura
4. Dispositivi discreti è Circuits Integrati
Rottura termica, fallimentu di saldatura di chip, fallimentu di ligame di piombu internu, scossa chì porta à a rottura di a strata di passivazione.
Alta temperatura, scossa, vibrazione
5. Cumpunenti resistivi
Rottura di u sustrato di core, rottura di film resistiva, rottura di piombo
Shock, alta è bassa temperatura
6. Circuitu di livellu Board
Giunzioni di saldatura crepate, buchi di rame fratturati.
Temperature alta
7. Vacuum electricu
Frattura di fatigue di filu caldu.
Vibrazioni
2, cumpunenti tipica analisi mecanismu fallimentu
Modu fallimentu di cumpunenti ilittronica ùn hè micca un solu, solu una parte rappresentativa di i cumpunenti tipici analisi limitu tolleranza ambiente sensitivu, in ordine pè ottene una cunclusioni più generale.
2.1 Cumpunenti elettromeccanica
I cumpunenti elettromeccanici tipici includenu connettori elettrici, relè, etc. I modi di fallimentu sò analizati in prufundità cù a struttura di i dui tipi di cumpunenti rispettivamente.
1) Connettori elettrici
Connettore elettricu da a cunchiglia, insulator è corpu di cuntattu di e trè unità basi, u modu di fallimentu hè riassuntu in u fallimentu cuntattu, fallimentu insulation è fallimentu miccanicu di e trè forme di fallimentu.A forma principale di fallimentu di u connettore elettricu per u fallimentu di u cuntattu, u fallimentu di a so prestazione: u cuntattu nantu à a rottura istantanea è a resistenza di cuntattu aumenta.Per i connettori elettrici, per via di l'esistenza di resistenza di cuntattu è resistenza di cunduttore di materiale, quandu ci hè un flussu di corrente attraversu u connettore elettricu, a resistenza di cuntattu è a resistenza di u cunduttore di u materiale metallicu generarà calore Joule, u calore Joule aumenterà u calore, risultatu in un aumentu di u calore. temperatura di u puntu di cuntattu, troppu altu temperatura di u puntu di cuntattu farà a superficia di cuntattu di u metallu softening, melting o ancu bolle, ma dinù cresce a resistenza cuntattu, cusì triggering fallimentu cuntattu..In u rolu di l'ambienti à alta temperatura, e parti di cuntattu appariscenu ancu fenomenu di creep, facendu a pressione di cuntattu trà e parti di cuntattu diminuite.Quandu a prissioni di u cuntattu hè ridutta à una certa misura, a resistenza di u cuntattu aumenterà bruscamente, è infine causanu un poveru cuntattu elettricu, risultatu in fallimentu di u cuntattu.
Per d 'altra banda, u connettore elettricu in u almacenamentu, u trasportu è u travagliu, serà sottumessu à una varietà di carichi di vibrazione è forze d'impattu, quandu a freccia di eccitazione di carica di vibrazione esterna è i connettori elettrici vicinu à a frequenza inerente, farà u risonanza di u connettore elettricu. fenomenu, risultatu in u distaccu trà i pezzi di cuntattu diventanu più grande, u distaccu aumenta in una certa misura, a prissioni di cuntattu sparirà istantaneamente, risultatu in u cuntattu elettricu "instantaneu break".In a vibrazione, a carica di scossa, u connettore elettricu generarà stress internu, quandu u stress supera a forza di rendiment di u materiale, farà u dannu materiale è a frattura;in u rollu di stu stress à longu andà, u materiale vi dinù accade dannu fatigue, è infini causari fallimentu.
2) Relay
I relè elettromagnetici sò generalmente cumposti da nuclei, bobine, armature, cuntatti, canne è cusì.Finu à quandu una certa tensione hè aghjuntu à i dui estremità di a bobina, un certu currente scorri in a bobina, producendu cusì un effettu elettromagneticu, l'armatura supererà a forza elettromagnetica di l'attrazione per vultà à a tira di primavera à u core, chì à u turnu cunduce i cuntatti in muvimentu di l'armatura è i cuntatti statici (contatti normalmente aperti) per chjude.Quandu a bobina hè spenta, a forza di aspirazione elettromagnetica sparisce ancu, l'armatura torna à a pusizione originale sottu a forza di reazzione di a primavera, per quessa, u cuntattu in muvimentu è u cuntattu staticu uriginale (contattu nurmalmente chjusu) aspirazione.Stu suction and release, cusì ghjunghje u scopu di cunduzzione è cut off in u circuitu.
I modi principali di fallimentu generale di i relè elettromagnetici sò: relay nurmalmente apertu, relay nurmally closed, relay dinamica azzione di primavera ùn risponde micca à i requisiti, chjusu di cuntattu dopu chì i paràmetri elettrici di u relay superanu i poveri.A causa di a carenza di u prucessu di produzzione di relè elettromagneticu, parechji fallimenti di relè elettromagneticu in u prucessu di produzzione per mette a qualità di i periculi nascosti, cum'è u periodu di sollievu di stress meccanicu hè troppu cortu, risultatu in a struttura meccanica dopu a deformazione di e parti di stampa, a rimozione di residui ùn hè micca esaurita. risultatu in a prova PIND hà fiascatu o ancu fallimentu, a prova di fabbrica è l'usu di screening ùn hè micca strettu per chì u fallimentu di u dispusitivu in usu, ecc.In u disignu di l'equipaggiu chì cuntene relè, hè necessariu di fucalizza nantu à l'adattabilità di l'ambiente di impattu per cunsiderà.
2.2 Cumpunenti di microonde Semiconductor
I dispusitivi semiconduttori di microonde sò cumpunenti fatti di materiali semiconduttori composti Ge, Si è III ~ V chì operanu in a banda di microonde.Sò usati in l'equipaggiu elettronicu cum'è radar, sistemi di guerra elettronica è sistemi di cumunicazione à microonde.L'imballaggio di u dispositivu discretu di microonde in più di furnisce e cunnessione elettriche è a prutezzione meccanica è chimica per u core è i pin, u disignu è a selezzione di l'abitazione deve ancu cunsiderà l'impattu di i paràmetri parassitarii di l'abitazione nantu à e caratteristiche di trasmissione di u microonde di u dispusitivu.L'alloghju di u micru hè ancu una parte di u circuitu, chì ellu stessu custituisce un circuitu cumpletu di input è output.Per quessa, a forma è a struttura di l'abitazione, a dimensione, u materiale dielettricu, a cunfigurazione di u cunduttore, etc. deve currisponde à e caratteristiche di u microonde di i cumpunenti è l'aspettu di l'applicazione di u circuitu.Questi fattori determinanu paràmetri cum'è a capacità, a resistenza di u piombu elettricu, l'impedenza caratteristica, è e perdite di cunduttori è dielettriche di l'alloghju di u tubu.
I modi di fallimentu pertinenti à l'ambiente è i meccanismi di i cumpunenti di semiconduttori di microonde includenu principarmenti u lavu di metallo di porta è a degradazione di e proprietà resistive.U lavu di u metalu di a porta hè duvuta à a diffusione accelerata termicamente di u metale di a porta (Au) in GaAs, cusì stu mecanismu di fallimentu si trova soprattuttu durante e teste di vita accelerata o l'operazione di temperatura estremamente alta.U ritmu di diffusione di u metale di a porta (Au) in GaAs hè una funzione di u coefficient di diffusione di u materiale di a porta metallica, a temperatura è u gradiente di cuncentrazione di materiale.Per una struttura di lattice perfetta, u funziunamentu di u dispusitivu ùn hè micca affettatu da un ritmu di diffusione assai lento à a temperatura di u funziunamentu normale, però, a rata di diffusione pò esse significativa quandu i limiti di particella sò grande o ci sò parechji difetti di a superficia.I resistori sò comunmente usati in i circuiti integrati monolitici di microonde per i circuiti di feedback, stabiliscenu u puntu di preghjudiziu di i dispositi attivi, l'isolamentu, a sintesi di putenza o a fine di l'accoppiamentu, ci sò duie strutture di resistenza: resistenza di film metallicu (TaN, NiCr) è GaAs ligeramente dopatu. resistenza di strati sottili.I testi mostranu chì a degradazione di a resistenza di NiCr causata da l'umidità hè u mecanismu principale di u so fallimentu.
2.3 Circuiti integrati ibridi
I circuiti integrati ibridi tradiziunali, secondu a superficia di u sustrato di a cinta di guida di film grossu, u prucessu di a cinta di guida di film sottile hè divisu in duie categurie di circuiti integrati ibridi di film grossu è circuiti integrati ibridi di film sottile: certi circuiti di circuiti stampati (PCB) chjuchi, per via di u circuitu stampatu hè in forma di film in a superficia di u pianu pianu per furmà un mudellu conduttivu, ancu classificatu cum'è circuiti integrati hibridi.Cù l'apparizione di cumpunenti multi-chip, stu circuitu integratu ibridu avanzatu, u so sustrato unica struttura di cablaggio multi-layer è a tecnulugia di prucessu attraversu-buco, hà fattu chì i cumpunenti diventanu un circuit integratu hibridu in una struttura d'interconnessione d'alta densità sinonima di u sustrato utilizatu. in cumpunenti multi-chip è include: multilayer di film sottile, multilayer di film grossu, co-co-fired à alta temperatura, co-fired à bassa temperatura, basati in siliciu, sustrato multilayer PCB, etc.
I modi di fallimentu di stress ambientale di circuitu integratu ibridu includenu principalmente fallimentu di circuitu apertu elettricu causatu da cracking di sustrato è fallimentu di saldatura trà cumpunenti è cunduttori di film grossu, cumpunenti è cunduttori di film sottile, sustrato è alloghju.Impattu meccanicu da a caduta di u produttu, scossa termica da l'operazione di saldatura, stress supplementu causatu da irregolarità di deformazione di u sustrato, stress di trazione laterale da a discrepanza termica trà sustrato è carcassa metallica è materiale di ligame, stress meccanicu o concentrazione di stress termicu causatu da difetti interni di u sustrato, dannu potenziale. causatu da sustrato drilling e sustrato cutting micro cracks lucale, eventualmente purtate à stress miccanicu esternu più grande chè a forza miccanica inherente di sustrato ceramica chì U risultatu hè fallimentu.
E strutture di saldatura sò suscettibili à e tensioni ripetute di ciclichi di temperatura, chì ponu purtà à a fatigue termica di a strata di saldatura, risultatu in una forza di ligame ridutta è una resistenza termica aumentata.Per a classe di saldatura duttile basatu in stagnu, u rolu di u stress ciclicu di a temperatura porta à a fatigue termica di a strata di saldatura hè duvuta à u coefficiente di espansione termale di e duie strutture cunnesse da a saldatura hè inconsistente, hè a deformazione di spustamentu di saldatura o deformazione di taglio. dopu à ripetutamente, a strata di saldatura cù espansione è estensione di crack di fatigue, eventualmente portanu à fallimentu di fatigue di a strata di saldatura.
2.4 Dispositivi discreti è circuiti integrati
I dispositi discreti semiconduttori sò divisi in diodi, transistori bipolari, tubi à effettu di campu MOS, tiristori è transistori bipolari insulati per categurie larghe.I circuiti integrati anu una larga gamma di applicazioni è ponu esse divisi in trè categurie secondu e so funzioni, à dì circuiti integrati digitali, circuiti integrati analogichi è circuiti integrati digitale-analogici misti.
1) Dispositivi discreti
I dispositi discreti sò di varii tipi è anu a so propria specificità per via di e so diverse funzioni è prucessi, cù differenzi significati in u rendiment di fallimentu.Tuttavia, cum'è i dispusitivi basi furmati da prucessi semiconductor, ci sò certe similarità in a so fisica fallimentu.I fallimenti principali ligati à a meccanica esterna è à l'ambiente naturali sò a rottura termica, avalanche dinamica, fallimentu di saldatura di chip è fallimentu di ligame di piombo internu.
Ripartizione termica: A ruptura termica o ruptura secundaria hè u principale mecanismu di fallimentu chì affetta i cumpunenti di l'energia di i semiconduttori, è a maiò parte di i danni durante l'usu sò ligati à u fenomenu di fallimentu secundariu.A ripartizione secundaria hè divisa in scompartimentu secundariu di preghjudiziu in avanti è spartimentu secundariu di preghjudiziu inversu.U primu hè principarmenti in relazione cù e pruprietà termale di u dispusitivu, cum'è a cuncentrazione di doping di u dispusitivu, a cuncentrazione intrinseca, etc., mentre chì l'ultime hè ligata à a multiplicazione di avalanche di trasportatori in a regione di carica spaziale (cum'è vicinu à u cullettore), sia di quale sò sempre accumpagnati da a cuncentrazione di currente in u dispusitivu.In l'applicazione di tali cumpunenti, una attenzione particulari deve esse pagata à a prutezzione termale è a dissipazione di u calore.
Avalanche dinamica: Durante l'arrestu dinamicu per e forze esterne o internu, u fenomenu di ionizazione di collisione cuntrullata in corrente chì si verifica in u dispusitivu influenzatu da a cuncentrazione di u trasportatore liberu provoca una avalanche dinamica, chì pò accade in i dispositi bipolari, diodi è IGBT.
Chip solder failure: U mutivu principalu hè chì u chip è a saldatura sò diversi materiali cù diversi coefficienti di espansione termale, cusì ci hè una discordanza termica à alte temperature.Inoltre, a prisenza di vuoti di saldatura aumenta a resistenza termale di u dispusitivu, facendu a dissipazione di u calore peghju è formanu punti caldi in l'area lucale, aumentendu a temperatura di a junction è pruvucannu fallimenti legati à a temperatura, cum'è l'elettromigrazione.
Fallu di ligame di u piombu internu: principarmenti fallimentu di corrosione à u puntu di ligame, attivatu da a corrosione di l'aluminiu causata da l'azzione di vapore d'acqua, elementi di cloru, ecc.Frattura di fatigue di i fili di ligame d'aluminiu causata da u ciculu di a temperatura o a vibrazione.L'IGBT in u pacchettu di u modulu hè grande in grandezza, è s'ellu hè stallatu in modu impropriu, hè assai faciule per causà a cuncentrazione di stress, risultatu in a frattura di fatigue di i cavi interni di u modulu.
2) Circuit integratu
U mecanismu di fallimentu di i circuiti integrati è l'usu di l'ambiente hà una grande relazione, umidità in un ambiente umitu, dannu generatu da l'electricità statica o surge elettriche, usu troppu altu di u testu è l'usu di circuiti integrati in un ambiente di radiazione senza radiazione. rinforzu resistenza pò dinù causari lu fallimentu di u dispusitivu.
Effetti di l'interfaccia ligati à l'aluminiu: In i dispositi elettronici cù materiali basati in siliciu, a strata di SiO2 cum'è film dielettricu hè largamente usata, è l'aluminiu hè spessu usatu com'è materiale per e linee di interconnessione, SiO2 è l'aluminiu à alte temperature seranu una reazione chimica. cusì chì a strata d'aluminiu diventa magre, se u stratu di SiO2 hè sguassatu per via di u cunsumu di reazzione, pruvucarà u cuntattu direttu trà l'aluminiu è u siliciu.Inoltre, u filu di piombu d'oru è a linea d'interconnessione d'aluminiu o u filu di ligame d'aluminiu è u ligame di u filu di piombo d'oru di u tubu di u tubu, pruduceranu u cuntattu di l'interfaccia Au-Al.A causa di u differente putenziale chimicu di sti dui metalli, dopu l'usu à longu andà o l'almacenamiento à alte temperature sopra à 200 ℃, pruducerà una varietà di cumposti intermetallici, è per via di i so custanti di reticulata è i coefficienti di espansione termica sò diffirenti, in u puntu di ligame in l'internu. un grande stress, a conduttività diventa chjuca.
Corrusione di metallizazione: A linea di cunnessione d'aluminiu nantu à u chip hè suscettibile à a corrosione da u vapor d'acqua in un ambiente caldu è umitu.A causa di l'offset di prezzu è a pruduzzione di massa faciule, assai circuiti integrati sò incapsulati cù resina, però, u vapore d'acqua pò passà per a resina per ghjunghje à l'interconnessioni d'aluminiu, è impurità purtate da l'esternu o dissolute in l'attu di resina cù l'aluminiu metallicu per causà corrosione di l'interconnessioni d'aluminiu.
L'effettu di delaminazione causatu da u vapore d'acqua: IC plastica hè u circuitu integratu incapsulatu cù plastica è altri materiali polimeri di resina, in più di l'effettu di delaminazione trà u materiale plasticu è u quadru di metallu è chip (cumunemente cunnisciutu cum'è effettu "popcorn"). perchè u materiale di resina hà e caratteristiche di l'adsorption di vapor d'acqua, l'effettu delamination causatu da l'adsorption di u vapor d'acqua ancu pruvucarà u dispusitivu per fallu..U meccanismo di fallimentu hè a rapida espansione di l'acqua in u materiale di sigillatura plastica à alta temperatura, perchè a siparazione trà u plasticu è u so attache di altri materiali, è in i casi serii, u corpu di sigillatura plastica sfonderà.
2.5 Cumpunenti resistivi capacitivi
1) Resistori
I resistori cumuni non-winding ponu esse divisi in quattru tippi sicondu i diversi materiali utilizati in u corpu di resistenza, vale à dì u tipu di lega, u tipu di film, u tipu di film grossu è u tipu sinteticu.Per i resistori fissi, i modi principali di fallimentu sò circuitu apertu, deriva di paràmetru elettricu, etc.;mentre chì per potentiometers, i modi di fallimentu principali sò circuitu apertu, deriva di paràmetru elettricu, aumentu di u rumore, etc. L'ambienti di l'usu hà ancu purtatu à l'anziane di resistenza, chì hà un grande impattu nantu à a vita di l'equipaggiu ilittronica.
L'ossidazione: l'ossidazione di u corpu di resistenza aumenterà u valore di resistenza è hè u fattore più impurtante chì causa l'anziane di a resistenza.Eccettu per i corpi resistori fatti di metalli preziosi è alleati, tutti l'altri materiali seranu danati da l'ossigenu in l'aria.L'ossidazione hè un effettu à longu andà, è quandu l'influenza di altri fattori diminuisce gradualmente, l'ossidazione diventerà u fattore principale, è l'ambienti di alta temperatura è alta umidità accelerà l'ossidazione di resistori.Per i resistori di precisione è resistori di valore di alta resistenza, a misura fundamentale per prevene l'ossidazione hè a prutezzione di sigillatura.I materiali di sigillatura duveranu esse materiali inorganici, cum'è metallu, ceramica, vetru, etc. A capa protettiva organica ùn pò micca impedisce cumplettamente a permeabilità di l'umidità è a permeabilità di l'aria, è pò solu ghjucà un rolu di ritardamentu in l'ossidazione è l'adsorption.
Aging of the binder: Per i resistori sintetici organici, l'invechjamentu di u binder organico hè u fattore principale chì afecta a stabilità di a resistenza.U legante organicu hè principalmente una resina sintetica, chì hè trasfurmata in un polimeru termoindurente altamente polimerizatu per trattamentu termale durante u prucessu di fabricazione di a resistenza.U fattore principale chì causa l'anziane di polimeru hè l'ossidazione.I radicali liberi generati da l'ossidazione causanu l'ingerimentu di i ligami moleculari di polimeru, chì guariscenu ancu u polimeru è u rende fragile, risultatu in perdita di elasticità è dannu meccanicu.A curazione di u legante face chì u resistore si sminuisce in u voluminu, aumentendu a pressione di cuntattu trà e particeddi cunduttivi è diminuendu a resistenza di u cuntattu, risultatu in una diminuzione di a resistenza, ma u dannu meccanicu à u legante aumenta ancu a resistenza.Di solitu a guariscenza di u ligatu si faci prima, dannu miccanicu si faci dopu, cusì u valore di resistenza di i resistori sintetici organici mostra u seguente mudellu: qualchì diminuzione in u principiu di u stadiu, poi vultà à cresce, è ci hè una tendenza di crescita.Siccomu l'invechjamentu di i polimeri hè strettamente ligatu à a temperatura è a luce, i resistori sintetici acceleranu l'invechjamentu sottu à l'ambienti à alta temperatura è a forte esposizione à a luce.
Anzianu sottu a carica elettrica: L'applicazione di una carica à una resistenza accelerà u so prucessu di invechjamentu.Sottu a carica DC, l'azzione elettrolitica pò dannà i resistori di film sottile.L'elettrolisi si trova trà i slot di un resistore slotted, è se u sustrato di resistenza hè un materiale ceramicu o di vetru chì cuntene ioni di metalli alkali, i ioni si movenu sottu à l'azzione di u campu elettricu trà i slot.In un ambiente umitu, stu prucessu prucede più viulente.
2) Capacitors
I modi di fallimentu di i condensatori sò u cortu circuitu, u circuitu apertu, a degradazione di i paràmetri elettrici (cumprese u cambiamentu di capacità, l'aumentu di l'angolo di perdita tangente è a diminuzione di a resistenza d'insulazione), a fuga di liquidu è a rottura di corrosione di piombo.
Cortu circuitu: L'arcu volante à u bordu trà i poli à alta temperatura è bassa pressione di l'aria purterà à cortu circuitu di condensatori, in più, u stress meccanicu cum'è u scossa esterna pruvucarà ancu un cortu circuitu transitori di dielectric.
Circuitu aperto: Ossidazione di i fili di piombo è di i cuntatti di l'elettrodi causati da l'ambienti umidi è caldi, risultatu in inaccessibilità di livellu bassu è frattura di corrosione di u fogliu di piombu anodu.
Degradazione di i paràmetri elettrici: Degradazione di i paràmetri elettrici per l'influenza di l'ambienti umidi.
2.6 Circuiti à livellu di bordu
U circuitu stampatu hè cumpostu principarmenti di sustrato insulating, cablaggio metallicu è cunnetta diverse strati di fili, cumpunenti di saldatura "pads".U so rolu principali hè di furnisce un trasportatore per i cumpunenti elettronichi, è di ghjucà u rolu di cunnessione elettriche è meccaniche.
U modu di fallimentu di u circuitu stampatu include principarmenti una scarsa saldatura, circuitu apertu è cortu, blistering, delaminazione di u bordu di burst, corrosione o decolorazione di a superficia di u bordu, curvatura di u bordu.
Tempu di Postu: 21-Nov-2022