元器件突然失效有哪些原因?如何找到并更換？
日期：2021-10-19 15:35:06 瀏覽量：2427 標簽: 元器件失效
為什么有時元器件會無緣無故失效？集成電路結構遵循摩爾定律，變得越來越小。正常工作溫度下物的遷移導致器件在幾十年內失效的風險增加。此外，磁致伸縮引起的疲勞會導致電感機械疲勞，這是一種廣為人知的效果。有些類型的電阻材料會在空氣中緩慢氧化，當空氣變得更加潮濕時，氧化速度會加快。
因此，在選擇設備時，有必要了解其結構和可能的老化相關失效機制。即使在理想條件下使用設備，這些機制也可能受到影響。然而，在適當的工作條件下，大多數電子設備的預期壽命可以達到幾十年甚至更長，但有些仍然過早失效。原因往往是不被注意的壓力。任何在海洋環境中設計電子產品的人都會考慮鹽霧和濕度。事實上，許多電子設備可能會遇到不那么可怕的化學挑戰，但仍然可能造成傷害。設計師必須考慮電路遇到的環境挑戰。在經濟可行的情況下，任何潛在的危害都應該通過設計降到最低。
靜電損傷(ESD)是一種壓力機制，相關警告最常見，但我們往往視而不見。在PCB生產過程中，工廠會采取充分的措施來消除制造過程中的ESD，但是在交付之后，很多PCB般操作造成的ESD保護措施不足的系統。做好充分的保護并不難，只是會增加一點成本，所以經常被忽視。評估系統電子器件在正常使用的最極端情況下需要什么樣的ESD保護，并考慮如何實現，應該是所有設計的一部分。
另一個因素是過壓。很少有人要求半導體或電容即使受到重大過壓也是健康的，但大值電阻遇到遠大于數據手冊中絕對最大值的電壓是常見現象。問題是:雖然其電阻值足夠高，不會變熱，但內部可能會產生微小的電弧，導致其緩慢漂移，偏離規格，最終短路。大型繞線電阻通常有數百伏擊穿電壓，所以這個問題在過去并不常見，但現在小型表貼電阻被廣泛使用，擊穿電壓可能低于30伏，相當容易受到過壓的影響。
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大電流也會造成問題。大家都很熟悉普通的保險絲——它是一根導線。如果電流過大，會變熱熔斷，防止電源短路等類似問題。然而，如果一個非常小的導體有很高的電流密度，導體可能不會變得很熱，但最終可能會失效。原因是所謂的電遷移。也就是說，導電電子和擴散金屬原子之間的動量傳遞導致體內離子逐漸運動，產生物質運輸效果。這著時間的推移，攜帶大直流電流的薄導體越來越薄，最終失效。
但有些部分會像保險絲一樣失效，即熔斷，如導線或半導體芯片上的導電接線。這種現象的一個常見原因是電容充電電流過大。考慮到ESR為1ω的1HF電容，如果連接到110V和60Hz的交流電源，大約41mA的交流電流流過其中。但是，當電壓處于最大值(110√2=155.6V)時，只有ESR會限制流量，峰值電流會達到155.6A，雖然它的持續時間不到1μs，但也足以損壞許多小信號半導體器件。
重復浪涌可能會損壞電容本身，尤其是電解電容。這是一種特別常見的故障機制，用于給小型電子設備充電。如果插入一個交流周期的錯誤時間，整流器和電容器將攜帶非常大的浪涌電流，如果多次發生，最終可能會損壞設備。用小電阻與整流器串聯，可以限制浪涌電流，最大限度地減少問題。
運氣好的話，ESD或過壓/過流事件會立即損壞設備，所以很容易知道問題。但更常見的情況是，壓力造成的損壞導致設備故障，最初導致故障的壓力已經消失。診斷這種失效的原因是非常困難甚至不可能的。無論設計什么電路，都需要考慮所用設備的工作壽命和失效機制，以及在允許的極端使用條件下是否存在潛在問題或壓力源，以及設備是否會損壞。任何這樣的問題都要考慮，在最終的設計中盡量最小化。
那么如何有效地找到無效的電子元器件，更換或修復問題呢？
當調試過程中，當電路不能工作或工作異常時。首先，通過動態觀察法，在線路設備通電的情況下，通過聽、看、摸、聞等方法判斷電子元件的故障。例如：聽設備是否有異常聲音仔細看電路內是否有冒煙、火花等情況；摸摸元件，電路是否發燙；聞聞是否有焦糊等氣味。也可以通過萬用表測量電路中的通斷，通過測量正常和異常電路中的各種值來判斷。
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