一文了解元器件失效机理有哪些

失效分析在产品的可靠性质量保证和提高中发挥着重要作用，在产品的研发、生产、使用中都需要引入失效分析工作。金鉴实验室提供电子元器件失效分析的检测服务，金鉴实验室拥有专业LED质量工程师团队及高精度电子元器件检测设备，具有精湛的技术与经验。经过长时间的严格执行，现已得到行业内各厂家一致认可。
温度对元件失效的影响

1.温度对半导体器件失效的影响环境温度是导致元件失效的关键因素之一。半导体器件的核心结构是 P-N 结，其对温度变化极为敏感。当 P-N 结处于反向偏置状态时，由少数载流子形成的反向漏电流会随着温度变化而改变，其关系可表示为：

其中，ICQ 为温度 T 时的反向漏电流，ICQR 为温度 TR 时的反向漏电流，T−TR 为温度变化的绝对值。从该公式可以看出，温度每升高 10℃，反向漏电流 ICQ 将增加一倍。这一变化会导致晶体管放大器的工作点发生漂移，晶体管的电流放大系数发生变化，特性曲线也随之改变，动态范围变小。温度与晶体管的最大允许功耗之间也有密切关系，其关系可表示为：

其中，PCM 为最大允许功耗，TjM 为最高允许结温，T 为使用环境温度，RT 为热阻。从该公式可以看出，温度升高会使晶体管的最大允许功耗下降。此外，由于 P-N 结的正向压降受温度影响较大，以 P-N 结为基本单元构成的双极型半导体逻辑元件（如 TTL、HTL 等集成电路的）电压传输特性和抗干扰度也与温度密切相关。金鉴实验室具备“LED封装器件的热阻测试及散热能力评估”的服务，能够为客户提供全面、准确的热阻和结温数据，帮助客户优化产品设计，提升产品质量和可靠性。当温度升高时，P-N 结的正向压降减小，其开门和关门电平都会减小，这使得元件的低电平抗干扰电压容限随温度升高而变小，高电平抗干扰电压容限随温度升高而增大，从而导致输出电平偏移、波形失真、稳态失调，甚至可能出现热击穿现象。


2.温度对电阻失效的影响温度变化对电阻的影响主要体现在以下几个方面。首先，温度升高时，电阻的热噪声会增加，导致阻值偏离标称值。其次，电阻的允许耗散功率也会下降。例如，RXT 系列的碳膜电阻在温度升高到 100℃时，其允许的耗散功率仅为标称值的 20%。然而，电阻的这一特性也可以被利用。




例如，经过特殊设计的 PTC（正温度系数热敏电阻）和 NTC（负温度系数热敏电阻），它们的阻值受温度影响较大。对于 PTC，当其温度升高到某一阈值时，电阻值会急剧增大。当因某种故障导致通过它的电流增加到其阈值电流后，PTC 的温度急剧升高，电阻值随之变大，从而限制通过它的电流，达到保护电路的目的。而当故障排除后，通过它的电流减小，PTC 的温度恢复正常，电阻值也恢复到正常值。对于 NTC，其特点是电阻值随温度升高而减小。金鉴实验室针对电阻、电容、二极管、三极管、LED、连接器、IC等器件开路、短路、烧毁、漏电、功能失效、电参数不合格、非稳定失效等各种失效问题，利用物理和化学的分析手段，从宏观和微观分析出失效原因，并为客户提出改善方向。


3.温度对电容失效的影响温度变化会对电容产生多方面的影响。首先，温度升高会导致电容的介质损耗发生变化，从而影响其使用寿命。一般来说，温度每升高 10℃，电容器的寿命会降低 50%。其次，温度变化还会引起阻容时间常数的变化。此外，如果温度过高导致介质损耗过大，还可能出现热击穿的情况。同时，温度升高也会使电感线圈、变压器、扼流圈等的绝缘性能下降。湿度对元件失效的影响

湿度过高会对元件产生不良影响。当含有酸碱性的灰尘落到电路板上时，会腐蚀元器件的焊点与接线处，导致焊点脱落、接头断裂。此外，湿度过高也是引起漏电耦合的主要原因之一。而湿度过低则容易产生静电，对元件造成损害。因此，环境的湿度应控制在合理的水平，以确保元件的正常工作和使用寿命。金鉴实验室拥有先进的测试设备和专业团队，能够为客户提供全面的MSL湿气敏感性测试服务，确保元件在使用过程中的可靠性。过高电压对元件失效的影响

施加在元器件上的电压稳定性是保证元器件正常工作的重要条件。过高的电压会对元器件造成严重损害。首先，过高的电压会增加元器件的热损耗，甚至导致电击穿。对于电容器而言，其失效率与电电压容的 5 次幂成正比。对于集成电路而言，超过其最大允许电压值的电压将直接导致器件损坏。电压击穿是指电子器件都有能承受的最高耐压值，超过该允许值，器件存在失效风险。主动元件和被动元件失效的表现形式虽略有差别，但都有电压允许上限。例如，晶体管元件都有耐压值，超过耐压值会对元件造成损伤。对于二极管、电容等元件，电压超过其耐压值会导致它们击穿。如果能量很大，还会导致热击穿，使元件报废。振动与冲击对元件失效的影响

机械振动与冲击会对元件产生不良影响。首先，机械振动会使一些内部有缺陷的元件加速失效，从而引发灾难性故障。其次，机械振动还会导致焊点、压线点松动，造成接触不良。此外，若振动导致导线不应有的碰连，会产生一些意想不到的后果。电气过应力（Electrical Over Stress，EOS）是一种常见的损害电子器件的方式，也是元器件常见的损坏原因之一。其表现方式是过压或者过流产生大量的热能，使元器件内部温度过高从而损坏元器件（即大家常说的烧坏）。这种损害是由电气系统中的脉冲导致的一种常见现象。金鉴实验室作为一家专注于光电半导体失效分析的科研检测机构，在混合气体试验方面拥有丰富的经验和卓越的技术实力。实验室配备了先进的测试设备和严格的质量控制流程，能够为客户提供高标准的机械振动与冲击试验服务。金鉴实验室的团队由国家级人才工程入选者和行业资深管理和技术专家组成，他们在光电半导体材料和器件工厂有着丰富的工作经验，能够提供从产品研发设计到质量评估、可靠性验证的一站式解决方案。