电子元器件为什么会失效

电子元器件失效是指其在规定工作条件下，丧失预期功能或性能参数超出允许范围的现象。金鉴实验室作为专注于元器件失效领域的科研检测机构，能够对元器件失效进行严格的检测，致力于为客户提供高质量的测试服务。

失效可能发生于生命周期中的任一阶段，不仅影响设备正常运行，还可能引发系统级故障。导致失效的因素复杂多样，可系统性地归纳为内部因素与外部因素两大类。本文旨在对电子元器件的主要失效机理进行结构化梳理，为可靠性设计与故障预防提供参考。

内部原因

内部失效通常源于元器件在材料、结构或工艺层面的固有缺陷，或在长期工作过程中因内部物理化学变化导致的性能衰退。主要包括以下几类：

1.材料老化与退化材料在长期应力或环境作用下发生性能衰减，如介质材料绝缘性能下降、半导体材料载流子迁移率变化、弹性元件塑性变形等，导致元器件参数漂移或功能丧失。

2.结构损伤与机械失效包括引线断裂、键合点脱落、衬底裂纹、封装开裂等，常由热机械应力、振动或冲击引起，尤其在热膨胀系数不匹配的区域更易发生。

3.金属疲劳与电迁移在交变负载或高电流密度作用下，金属互连可能出现疲劳断裂；电迁移则导致导体材料原子定向移动，形成孔洞或小丘，造成开路或短路。

4.寿命限制性失效如电解电容器电解质干涸、OLED发光材料衰减、继电器触点磨损等，属于在使用中逐渐发生的耗损型失效，与工作时间和应力水平密切相关。

5.热失效机制高温可加速材料老化、引发硅腐蚀、焊点熔融或再结晶、引起热逃逸（如MOSFET二次击穿）等，严重影响元器件的长期可靠性。

6.工艺缺陷制造过程中存在的瑕疵，如氧化层针孔、掩模误对准、焊接虚接、内部污染、封装气密性不良等，可能在初期或应力条件下表现为失效。金鉴实验室拥有专业的失效分析测试设备和技术团队，能够确保测试的准确性和可靠性，如需进行专业的检测，可联系金鉴检测顾问189-2421- 3655。

7.污染与化学腐蚀杂质离子（如Na⁺、K⁺）、湿气、有机物残留等污染物可引起漏电、枝晶生长、接触面腐蚀或离子迁移，导致性能退化或短路。

8.功能材料性能衰退如电解电容器介电质氧化膜退化、软磁材料磁导率下降、荧光粉光效降低等，属于材料功能性衰减带来的失效。

9.介质与磁芯失效包括介质层击穿、磁芯饱和或碎裂、压电材料极化失效等，影响储能、传输或传感类元件的性能。

10.界面与接触失效如欧姆接触退化、焊点IMC（金属间化合物）过度生长、粘结界面剥离等，导致连接电阻增大或开路。金鉴实验室可通过各种可靠性试验的考核以及失效分析手段，暴露和分析组件所隐含的缺陷以及造成缺陷的根本原因，并针对这些原因通过工艺优化、物料控制以及设计进行改进，不断地改进和提高产品的可靠性与质量，最终获得符合质量目标的组件和稳定的工艺条件。

外部原因  

外部失效多由使用环境、电气应力或人为因素引起，往往具有突发性和偶然性，但仍可通过合理防护与控制予以缓解，：

1.过电应力（EOS）与静电放电（ESD）包括雷击、开关浪涌、负载突变等引起的过电压/过电流事件，以及人体或设备带电导致的静电放电，造成绝缘击穿或元件过热损坏。

2.环境腐蚀与气氛影响高温高湿、盐雾、硫化氢、二氧化硫等恶劣气氛会腐蚀外引脚、焊盘及封装体，尤其对微间距组件和无防护封装威胁更大。

3.机械应力影响振动、冲击、离心力等机械作用可能导致结构松动、断裂、连接脱落或参数偏移，特别是在车载、航空航天及工业振动环境中。金鉴实验室在机械应力测试方面具有丰富的经验，实验室拥有一支由国家级人才工程入选者和资深技术专家组成的团队，能够针对电子元器件提供具体的解决方案。

4.电磁干扰（EMI）强电磁场可引起信号失真、误触发、 latch-up（闩锁效应）或热损毁，对高频和低功耗元件影响尤为显著。

5.负载与电源异常包括负载短路、开路、反接，以及电源电压波动、纹波过大、瞬时掉电等，都可能使元器件超出安全工作区（SOA）而损坏。

6.热环境失控散热不良、环境温度过高或温变过快导致元器件温度超过额定限值，引发性能衰退或热击穿。

7.辐射效应空间环境中的电离辐射、中子辐射等可引起材料性能改变、参数漂移或软错误，对航天电子设备可靠性构成挑战。

8.人为误操作与安装缺陷如电路设计错误、防反接或过压保护缺失、焊接温度过高、机械安装过紧等，均可能直接或间接引发失效。电子元器件失效是由内部材料、结构与工艺因素，以及外部电气、环境与人为操作因素共同作用的结果。实际应用中，多应力耦合（如热—机械应力、电—热应力）常常加剧失效风险。因此，应从设计选型、制造工艺、测试筛选、电路保护、环境控制及操作培训等多环节实施系统化的可靠性工程措施，才能显著提升电子设备的整体寿命与功能稳定性。