电子元器件的失效机理和失效模式分析
芯片失效模式和失效机理
芯片失效模式和失效机理
芯片失效模式是指芯片在长时间使用或特殊环境下所发生的失效现象。
失效机理是指导致芯片失效的原因和机制。
常见的芯片失效模式包括硬件失效、软件失效、电磁干扰导致的失效、温度、电压或湿度变化引起的失效、机械应力或震动引起的失效等。
芯片失效的机理很多，主要包括以下几种：
1. 电荷积累效应：在微小的结构中，由于空间电荷效应，会引起电荷分布不均，导致芯片性能下降或直接损坏。
2. 热效应：芯片在高温下工作会导致材料热膨胀、介电常数变化、材料变形等问题，最终导致芯片失效。
3. 湿度效应：芯片对湿度和水分非常敏感，湿度过高或水分进入芯片内部会引起氧化、腐蚀等现象，导致芯片性能下降或直接损坏。
4. 机械应力：芯片在运输或使用过程中受到机械应力，如压力、弯曲、震动等，会导致芯片损坏。
5. 光辐射效应：芯片受到辐射会产生电荷，最终导致芯片性能下降或直接损坏。
以上是常见的芯片失效机理，需要在设计和制造过程中进行考虑，以确保芯片的稳定性和可靠性。
细叙各类电子元器件的失效模式与机理
细叙各类电子元器件的失效模式与机理
电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。
对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情，比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间，有时甚至炸机。
硬件工程师调试爆炸现场
所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。
下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。
电阻器失效模式与机理失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。
失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。
1、电阻器的主要失效模式与失效机理为1) 开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。
2) 阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。
3) 引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。
4) 短路：银的迁移，电晕放电。
2、失效模式占失效总比例表
(1)、线绕电阻
失效模式占失效总比例开路90%阻值漂移2%引线断裂7%其它1%
(2)、非线绕电阻
失效模式占失效总比例开路49%阻值漂移22%引线断裂17%其它7%
3、失效机理分析
电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。
(1)、导电材料的结构变化
薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。
按热力。
电子元器件失效机理
摘要：电子元器件被广泛的应用于人们的生产和生活的各种装置中，是社会进步发展必不可少，具有极为重要的作用。
然而各类电子元器件在使用过程中不可避免地会出现失效现象。
因此分析元器件失效原因和老化机理，并提出可行的老化方法就显得尤为重要。
关键字：老化机理，失效原因Abstract：Electronic components are widely used in people's production and life, is essential for social progress and development, an extremely important role. However, the use of various electronic components will inevitably occur during the failure phenomenon. Therefore, the aging analysis of the causes and mechanisms of component failure, and put forward feasible method of aging is particularly important.Keyword：Aging mechanisms，failure causes1引言电子元器件在各种电子产品中有广泛的应用。
电子产品都有一定的使用寿命，这与电子元器件的寿命密切相关。
电子元器件在使用的过程有可能出现故障，即失去了原有的功能，从而使电子产品失效。
电子产品的应用十分的广泛，是生产生活所不能缺少的重要部分。
因此研究电子元器件的失效原因和老化机理，并提出可行的老化方法就具有重要意义。
老化是一种方法，即给电子元器件施加环境应力试验。
若了解电子元器件的老化机理就能提出可靠的老化，就可以剔除产生出有缺陷将会早期失效的元器件，因而保证了出产产品的使用寿命。
电子元器件失效分析
电子元器件失效分析一般的仪器都会一点点的误测率，但既然有五道测试，基本可以消退这种误测，否则就说明你的仪器实在太烂啦！然后就是自动选择机的问题，有没有误动作的可能性，最好找一个比较大的不良品样本，对机器进行测试。
假如上面两项都没有问题，那说明运输和贮存可能初相了问题，当然半导体器件受环境因素的影响是比较小的。
最终就有可能是客户和你们的仪器有肯定差距，从而造成这种状况。
当然还有一种状况，就是本身半导体器件质量有问题，漏电测试是反向加电压，可能就是在测试的过程中器件被击穿的。
目的对电子元器件的失效分析技术进行讨论并加以总结。
方法通过对电信器类、电阻器类等电子元器件的失效缘由、失效机理等故障现象进行分析。
结论电子元器件的质量与牢靠性保证体系一个重要组成部分是失效分析，对电子元器件进行失效分析，才能准时了解电子元器件的问题所在，才能为设备及系统的正常工作带来牢靠保障。
进入21世纪后，电子信息技术成为最重要的技术，电子元器件则是电子信息技术进展的前提。
为了促进电子信息技术的进一步进展，就要提高电子元器件的牢靠性，所以就必需了解电子元器件失效的机理、模式以及分析技术等。
1.失效的含义失效是指电子元器件消失的故障。
各种电子系统或者电子电路的重要组成部分一般是不同类型的元器件，当它需要的元器件较多时，则标志其设备的简单程度就较高；反之，则低。
一般还会把电路故障定义为：电路系统规定功能的丢失。
2.失效的分类依据不同的标准，对失效的分类一般主要有以下几种归类法。
以失效缘由为标准：主要分为本质失效、误用失效、偶然失效、自然失效等。
以失效程度为标准：主要分为部分失效、完全失效。
以失效模式为标准：主要分为无功能、短路、开路等。
以失效后果的严峻程度为标准：主要分为轻度失效、严峻失效以及致命失效。
除上述外，还有多种分类标准，如以失效场合、失效外部表现为标准等，不在这里一一赘述。
3.失效的机理电子元器件失效的机理也有不同分类，通常以其导致缘由作为分类依据，主要可分为下面几种失效机理。
常见的电子元器件失效机理与分析
常见的电子元器件失效机理与分析电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。
对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情，比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间，有时甚至炸机。
硬件工程师调试爆炸现场所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。
下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。
电阻器失效失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。
失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。
电阻器的失效模式与机理▶开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。
▶阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。
▶引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。
▶短路：银的迁移，电晕放电。
失效模式占失效总比例表▶线绕电阻：▶非线绕电阻：失效模式机理分析电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。
▶导电材料的结构变化：薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。
按热力学观点，无定型结构均有结晶化趋势。
在工作条件或环境条件下，导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化，也即导电材料内部结构趋于致密化，能常会引起电阻值的下降。
结晶化速度随温度升高而加快。
电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生畸变，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。
一般可采用热处理方法消除内应力，残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除，电阻器的阻值则可能因此发生变化。
结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓，但不可能在电阻器使用期间终止。
可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。
与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。
电负荷高温老化：任何情况，电负荷均会加速电阻器老化进程，并且电负荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著，原因是电阻体与引线帽接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。
电子产品失效分析技术
10 0
95
90
85
80
75
70
65
60 4 000
3 500
3 000
Condensed smear from compressed air
2 500
2 000
W av e num be rs (c m-1 )
1 500
1 000
失效分析技术与设备
内部无损分析技术
X-Ray透视观察 SAM—扫描声学显微镜 PIND—内部粒子噪声分析 气密性分析
结构
X射线源 屏蔽箱 样品台 X射线接收成像
系统
失效分析技术与设备
SAM
结构
换能器及支架 脉冲收发器 示波器 样品台水槽 计算机控制系统 显示器
失效分析技术与设备
成分分析技术 EDS—X射线能量色散谱 AES—俄歇电子能谱 SIMS—二次离子质谱 XPS—X光电子能谱 FTIR—红外光谱 GCMS—气质联用 IC—离子色谱 内腔体气氛检测分析
失效案例分析
继电器主要失效模式和失效机理
失效模式
接触失效
线圈失效
绝缘失效
表现形式 失效机理
接触电阻增大或时断时通、 线圈电阻超差、
触点粘结、触点断开故障、
线圈开路、
吸合/释放电压漂移.
线圈短路.
触点表面电化学腐蚀；触点表 面高温氧化；燃弧——破坏触 点表面,粘连,产生碳膜；触点 表面金属电迁移；内部多余物 残留；内部有机材料退化产生 多余物；触点动作撞击；谐振；
分立元件
集成电路
失效模式及分布
电阻器
电容器
失效模式及分布
继电器
按插元件
失效机理
1. 过应力失效
光电子元器件的失效模式和失效机理
光电子元器件的失效模式和失效机理朱炜容1.1 光电子器件的分类在光电子技术中，光电子元器件包括光源器件以及光探测器件。
其中光源器件主要有发光二极管和激光器。
光探测器件主要是光电二极管。
作为电气元件，光纤和光缆也是光电子技术中不可缺少的组成元件。
1.2 激光器的失效模式及失效机理随着工作时间的增加，半导体激光器的工作性能将会劣化，发射功率和效率下降，有时还会发生突然失效的灾变性损坏。
造成半导体激光器退化的原因除了其本身的因素外，还有使用温度、工作条件等环境因素。
一、暗线缺陷暗线缺陷是激光器工作时形成的缺陷网络，这些缺陷最终会导致发射功率的下降。
暗线缺陷的形成除了材料、工艺过程中会引入外，其形成过程与温度有很大的关系，它所引起的退化速率强烈地依赖于温度。
二、腔面损伤退化腔面的损伤退化一般有灾变性退化和化学腐蚀损伤退化。
在高功率密度激光的作用下，由于局部过热、氧化、腐蚀、介质膜的针孔和杂质等因素使腔面遭受损伤，从而使局部电流密度增加，局部大量发热，在热电正反馈的作用下，最终腔面局部熔融，导致灾难性的损伤，器件完全失效。
腔面的化学腐蚀是由于光化学作用使腔面表面发生氧化，并形成局部缺陷，导致腔面局部发热，使激光器性能退化甚至失效。
三、电极退化高功率半导体激光器的欧姆接触退化和热阻退化与其他电子器件的电极退化相似。
电极金属和半导体材料间存在互扩散，在烧结的部位，孔洞和晶须的生长现象是常见的退化模式。
另外，热应力导致的电极损伤也很常见。
由于电极远离器件的有源区，电极退化对器件特性的影响一般在老化或工作一定时间后再表现出来。
半导体激光器的工作性能对温度非常敏感，温度升高将加速暗线缺陷的生长，腔面氧化等失效机理，严重影响激光器的寿命。
激光器的转换效率不高，自身的功耗很大，因此降低热阻是提高激光器寿命和可靠性的主要方法之一。
芯片电极烧结质量的好坏不但影响了热阻的大小，而且还关系到电极的电阻，因为激光器在正常工作时，其一般工作电流为几十甚至上百安培，即使是很小的电极电阻，也将产生很大的热功耗，减小电极电阻可以减小激光器本身的热功耗。
电子元器件失效分析
电子元器件失效分析1.失效分析的目的和意义电子元件失效分折的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象.分辨其失效模式和失效机理.确定其最终的失效原因，提出改进设计和制造工艺的建议。
防止失效的重复出现，提高元器件可靠性。
失效分折是产品可靠性工程的一个重要组成部分，失效分析广泛应用于确定研制生产过程中产生问题的原因，鉴别测试过程中与可靠性相关的失效，确认使用过程中的现场失效机理。
在电子元器件的研制阶段。
失效分折可纠正设计和研制中的错误，缩短研制周期；在电子器件的生产，测试和试用阶段，失效分析可找出电子元器件的失效原因和引起电子元件失效的责任方。
根据失效分析结果。
元器件生产厂改进器件的设计和生产工艺。
元器件使用方改进电路板设汁。
改进元器件和整机的测试，试验条件及程序，甚至以此更换不合格的元器件供货商。
因而，失效分析对加快电子元器件的研制速度.提高器件和整机的成品率和可靠性有重要意义。
失效分折对元器件的生产和使用都有重要的意义.如图所列。
元器件的失效可能发生在其生命周期的各个阶段.发生在产品研制阶段，生产阶段到使用阶段的各个环节，通过分析工艺废次品，早期失效，实验失效及现场失效的失效产品明确失效模式、分折失效机理，最终找出失效原因，因此元器件的使用方在元器件的选择、整机计划等方面，元器件生产方在产品的可靠性方案设计过程，都必须参考失效分折的结果。
通过失效分折，可鉴别失效模式，弄清失效机理，提出改进措施，并反馈到使用、生产中，将提高元器件和设备的可靠性。
2.失效分析的基本内容对电子元器件失效机理，原因的诊断过程叫失效分析。
进行失效分析往往需要进行电测量并采用先进的物理、冶金及化学的分析手段。
失效分析的任务是确定失效模式和失效机理.提出纠正措施，防止这种失效模式和失效机理的重复出现。
因此，失效分析的主要内容包括：明确分析对象。
确定失效模式，判断失效原因，研究失效机理，提出预防措施（包括设计改进)。
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电子元器件的失效机理和失效模式分析
摘要：电子元器件在运行过程中，经常由于失效与故障的发生影响到电子设备的正常运转。
元器件不仅是电子设备最为基础的组成结构，而且也是提高系统性能的主要载体。
一般来说，电子设备中的许多问题都是由电子元件的问题引起的。
为了确保电子设备可以正常工作，我们必须对常见设备中电子元器件的失效机理与常见故障情况有一个清晰的认知。
关键词：电子元器件；失效；机理；缺陷；故障
1.
电子元器件的失效机理
一般来说，设计方案存在破绽，制作工艺不完善，使用方法不当，以及环境方面存在问题都会导致电子元器件出现故障。
我们将通过以下几个方面来分析探索电子元器件发生故障的缘由。
（一）电阻器的失效原理
电阻作为电子设备的加热元件，是电子设备中使用时间最长的设备。
在电子设备的使用过程中，因电阻器故障造成电子设备发生故障的缘由占总数的15%。
电阻器的失效机理，对电子设备的结构和工艺特性有着决定性的意义。
当电阻出现问题后，人们通常不会将其修复，而是会思考：我们为什么不用一条新的电阻线代替呢？当电阻丝烧毁时，在某些情况下，烧毁的区域可以重新焊接，然后使用。
电阻劣化大多是由于其散热性差、湿度过大或制造存在漏洞等缘由引起的，而烧坏则是由于电路异常引起的，如短路、过载等缘由。
常见的电阻烧坏情形有两种：一种是电流过载和电阻高温引发的电阻烧坏，此时很轻易便可以发觉电阻表面出现损伤。
另一种则是瞬时高压加到电阻上引起的电阻开路或电阻值增大，一般情况下，此时电阻的表面变化不明显，这种故障电阻在高压电路中经常出现[1]。
电阻失效通常是因为致命故障和漂移参数故障。
结合电子设备的实际使用情
况我们发现，由前者原因引发电阻器故障的占比可高达90%，包含了短路，机械
损伤，接触损坏等等情形，而一般只有10%的电阻故障是由漂移参数故障引起的。
另外接触不良非常容易引起故障，而出现接触不良的情形主要是因为：
（1）接触压力太大导致弹簧片松弛，接触点偏离轨道。
（2）由于氧化和污染，导电层或接触轨与地面接触，在界面上形成了各种
导电性较差的薄膜。
（3）导电层或电阻合金线出现严重磨损或发生烧毁，造成滑动点接触不良[2]。
（二）电容器的失效原理
电容器的失效原理会受到产品类型，材料种类，结构差异，制造工艺和环境
条件等各方面因素的影响[3]。
击穿、电气参数降低、断路等是实际应用中最常见
的故障模式。
一般情况下，发现电容器的击穿失效都很简单，但是在存在多个元
件相连的情况下，便很难找到具体的故障元件。
此时，便需要把相同类别的电容
器与被测电容器相连，观察电路功能能否复原，便可以实现电容器开路故障的鉴定。
而电参数的检测，需要结合电容器实际不同的情况，从电路板烫下一条引线
来进行具体操作，以此来规避附近元件对其产生的影响。
1.
电感和变压器类
这一类的元件包括了电感器、变压器、振荡线圈和滤波器线圈等[4]。
他们产
生故障的缘由通常是因为受到了外部因素的影响。
比如，当出现短路时，由于流
经线圈的电流超出了限定值，使变压器内部升温，最终便导致了线圈短路、开路
或绝缘击穿情形的出现。
如果通风不畅，温度偏高或者过于潮湿时，也会发生漏
电和绝缘击穿的现象。
变压器连接电源时，如果铁芯处发出嗡嗡声，那么便可能是由于铁芯没有夹
紧或变压器超出负载。
而如果有高温冒烟、出现焦味或者保险丝熔断的情况，则
可能是因为线圈短路。
在检查感应器和变压器元件故障时，通常采用直流电阻测量、通电检查和仪表检查的方法。
（四）接触器件的失效机理
接触元件指的是利用机械压力使导体和导体之间相互接触且具备传导功能的
软件的总称。
接触元件可靠性低，电子设备或系统可靠性低等问题应引起重视。
通常情况下，开关和连接器的机械故障是因为磨损，疲惫和腐化引发的。
1.
电子元器件失效模式
一般来说，电子元器件的失效模式分为两种情况：一是封装失效；二是电气
性能失效。
在实践时，给电子元器件的表面给与适当的环境应力，紧接着对电子
元器件的外观实行检测。
如果发现问题，不妨立刻加入一些试验，比如破坏性物
理分析试验等。
而对电气性能失效来说，通常包含连接故障、功能故障和电气参数故障。
在
电子元器件的整体失效模式中，连通性失效占比极大，而功能故障与电气参数故
障往往也包括少量连接故障[5]。
然而，简单的连接故障不能仅仅进行单一的检测，而应该借助功能性和电气参数检测来察觉。
三、电子设备维护保养质量的重要性
在现如今的市场竞争当中，过去的质量管理模式早已无法使提高电子设备维
修质量的需求达到满意。
但是，当电子设备发生质量问题时，假如电子维修管理
系统可以在立即对其进行分析和处理的基础之上，立即进行实时跟踪和信息反馈，便可以使电子设备的维修水平得到极大提升。
众所周知，为了维护设备本身的各
种性能和功能，我们采用了一些方法对电子设备进行维护，使其既能按照电子设
备的内在规律运行，又能符合其自身的客观经济规律。
这是电子设备维修的主要
目的，可以最大限度地延长设备的使用周期，规避设备故障，减轻经济损失，提
高工作效率，实现效益最大化。
因此，要加强对设备的维护和保养。
这些工作的
维护对设备的质量管理起着举足轻重的作用，在企业的工作和管理中有着不容忽
视的意义，而且可以使企业利益达到最大化。
四、电子设备维护保养管理体系
因为科学技术的先进性和严苛的相关要求，电子设备维护保养管理体系充分
体现了其简练、便利、实用、科学的特色，具备很好的体系稳定性与安全性。
由
于整个体系是一套基于Internet的办理体系，因此本体系具备很多好处。
譬如：它不需要客户端固定，管理员可以在随意时间、随意地点检查、了解和管理全部
信息；它能及时更新信息资料，充分发挥信息采集及时、快速、灵活、方便、多
样的特点；信息的主动采集和编撰功效可以获得完善的发挥；操作方法和流程简
单明了，简化了复杂的工作流程，实现了人工管理工作流程的智能化；适应性很好，对具有差别的情势、有分歧的应用体系、不同范围的网站具备很好的兼容性
和适应性，削减了网站维护的工作量，减弱了管理者的压力。
五、结论
综上所述，认识到各部件的失效模式和失效机理，对装备故障诊断和保护装
备可靠性具有不容忽视的意义。
电子元器件的失效通常是因设计存在漏洞、做工
不良、使用不当等缘由引起的。
为了确保设备或体系的正常运行，电子元器件对
于本身可靠性的要求很高。
是以，要加倍重视电子设备维修质量水平的提升，保
证工作的可以有条不紊的开展，并努力加快各行业信息化建设的成长步伐。
参考文献：
[1]朱大奇．电子设备故障诊断原理与实践［M］．北京:电子工业出版社，2004: 50-65．
[2]杨云，杨旭．电子设备的可靠性试验［J］．数字通信，2011，37( 6) : 66-69．
[3]高泽涵.电子电路故障诊断技术［M］．西安:西安电子科技大学出版社，2000: 15-19．
[4]杨江平．电子装备维修技术及应用［M］．北京：国防工业出版社，2006: 40-50．
[5]孙晓君.基于“失效模式一失效机理一分析模型”的电子产品可靠性分析
应用[J]．电子设计工程，2012(06)：36—39．。