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电子元器件失效分析技术干货｜各类电子元器件失效机理分析

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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干货｜各类电子元器件失效机理分析

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

引线断裂

其它

(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

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。通常温度每升高10℃，寿命缩短一半。如果过负荷使电阻器温升超过额定负荷时温升50℃，则电阻器的寿命仅为正常情况下寿命的1/32。可通过不到四个月的加速寿命试验，即可考核电阻器在10年期间的工作稳定性。

直流负荷—电解作用：直流负荷作用下，电解作用导致电阻器老化。电解发生在刻槽电阻器槽内，电阻基体所含的碱金属离子在槽间电场中位移，产生离子电流。湿气存在时，电解过程更为剧烈。如果电阻膜是碳膜或金属膜，则主要是电解氧化;如果电阻膜是金属氧化膜，则主要是电解还原。对于高阻薄膜电阻器，电解作用的后果可使阻值增大，沿槽螺旋的一侧可能出现薄膜破坏现象。在潮热环境下进行直流负荷试验，可全面考核电阻器基体材料与膜层的抗氧化或抗还原性能，以及保护层的防潮性能。

(2) 硫化

有一批现场仪表在某化工厂使用一年后，仪表纷纷出现故障。经分析发现仪表中使用的厚膜贴片电阻阻值变大了，甚至变成开路了。把失效的电阻放到显微镜下观察，可以发现电阻电极边缘出现了黑色结晶物质，进一步分析成分发现，黑色物质是硫化银晶体。原来电阻被来自空气中的硫给腐蚀了。

(3) 气体吸附与解吸

膜式电阻器的电阻膜在晶粒边界上，或导电颗粒和黏结剂部分，总可能吸附非常少量的气体，它们构成了晶粒之间的中间层，阻碍了导电颗粒之间的接触，从而明显影响阻值。

合成膜电阻器是在常压下制成，在真空或低气压工作时，将解吸部分附气体，改善了导电颗粒之间的接触，使阻值下降。同样，在真空中制成的热分解碳膜电阻器直接在正常环境条件下工作时，将因气压升高而吸附部分气体，使阻值增大。如果将未刻的半成品预置在常压下适当时间，则会提高电阻器成品的阻值稳定性。

温度和气压是影响气体吸附与解吸的主要环境因素。对于物理吸附，降温可增加平衡吸附量，升温则反之。由于气体吸附与解吸发生在电阻体的表面。所以对膜式电阻器的影响较为显著。阻值变化可达1%~2%。

(4) 氧化

氧化是长期起作用的因素(与吸附不同)，氧化过程是由电阻体表面开始，逐步向内部深入。除了贵金属与合金薄膜电阻外，其他材料的电阻体均会受到空气中氧的影响。氧化的结果是阻值增大。电阻膜层愈薄，氧化影响就更明显。

防止氧化的根本措施是密封(金属、陶瓷、玻璃等无机材料)。采用有机材料(塑料、树脂等)涂覆或灌封，不能完全防止保护层透湿或透气，虽能起到延缓氧化或吸附气体的作用，但也会带来与有机保护层有关的些新的老化因素。

(5) 有机保护层的影响

有机保护层形成过程中，放出缩聚作用的挥发物或溶剂蒸气。热处理过程使部分挥发物扩散到电阻体中，引起阻值上升。此过程虽可持续1~2年，但显著影响阻值的时间约为2~8个月，为了保证成品的阻值稳定性，把产品在库房中搁置一段时间再出厂是比较适宜的。

(6) 机械损伤

电阻的可靠很大程度上取决于电阻器的机械性能。电阻体、引线帽和引出线等均应具有足够的机械强度，基体缺陷、引线帽损坏或引线断裂均可导致电阻器失效。

电解电容失效

失效模式

1、耗尽失效

耗尽失效(1)

通常电解电容器寿命的终了评判依据是电容量下降到额定(初始值)的80%以下。由于早期铝电解电容器的电解液充盈，铝电解电容器的电容量在工作早期缓慢下降。随着负荷过程中工作电解液不断修补倍杂质损伤的阳极氧化膜所致电解液逐渐减少。到使用后期，由于电解液挥发而减少，粘稠度增大的电解液就难于充分接触经腐蚀处理的粗糙的铝箔表面上的氧化膜层，这样就使铝电解电容器的极板有效面积减小，即阳极、阴极铝箔容量减少，引起电容量急剧下降。因此，可以认为铝电解电容器的容量降低是由于电解液挥发造成。而造成电解液的挥发的最主要的原因就是高温环境或发热。

耗尽失效(2)

由于应用条件使铝电解电容器发热的原因是铝电解电容器在工作在整流滤波(包括开关电源输出的高频整流滤波)、功率电炉的电源旁路时的纹波(或称脉动)电流流过铝电解电容器，在铝电解电容器的ESR产生损耗并转变成热使其发热。

当铝电解电容器电解液蒸发较多、溶液变稠时，电阻率因粘稠度增大而上升，使工作电解质的等效串联电阻增大，导致电容器损耗明显上升，损耗角增大。例如对于105度工作温度的电解电容器，其最大芯包温度高于125度时，电解液粘稠度骤增，电解液的ESR增加近十倍。.增大的等效串联电阻会产生更大热量，造成电解液的更大挥发。如此循环往复，铝电解电容器容量急剧下降，甚至会造成爆炸。

耗尽失效(3)

漏电流增加往往导致铝电解电容器失效。

应用电压过高和温度过高都会引起漏电流的增加

2、压力释放装置动作

压力释放装置动作

为了防止铝电解电容器中电解液由于内部高温沸腾的气体或电化学过程而产生的气体而引起内部高气压造成铝电解电容器的爆炸。为了消除铝电解电容器的爆炸，直径8毫米以上的铝电解电容器均设置了压力释放装置，这些压力释放装置在铝电解电容器内部的气压达到尚未使铝电解电容器爆炸的危险压力前动作，泄放出气体。随着铝电解电容器的压力释放装置的动作，铝电解电容器即宣告失效。

铝电解电容器压力释放装置(中间的十字)

电化学过程导致压力释放装置动作

铝电解电容器的漏电流就是电化学过程，前面已经详尽论述，不再赘述。电化学过程将产生气体，这些气体的聚积将造成铝电解电容器的内部气压上升，最终达到压力释放装置动作泄压。

温度过高导致压力释放装置动作

铝电解电容器温度过高可能是环境温度过高，如铝电解电容器附近有发热元件或整个电子装置就出在高温环境;

铝电解电容器温度过高的第二个原因是芯包温度过高。铝电解电容器芯包温度过高的根本原因是铝电解电容器流过过高的纹波电流。过高的纹波电流在铝电解电容器的ESR中产生过度的损耗而产生过度的发热使电解液沸腾产生大量气体使铝电解电容器内部压力及急剧升高时压力释放装置动作。

3、瞬时超温

通常铝电解电容器的芯包核心温度每降低10℃，其寿命将增大到原来的一倍。这个核心大致位于电容器的中心，是电容器内部最热的点。可是，当电容器升温接近其最大允许温度时，对于大多数型号电容器在125℃时，其电解液要受到电容器芯包的排挤(driven)，导致电容器的ESR增大到原来的10倍。在这种作用下，瞬间超温或过电流可以使ESR永久性的增大，从而造成电容器失效。在高温和大纹波电流的应用中特别要警惕瞬时超温发生的可能，还要额外注意铝电解电容器的冷却。

4、瞬时过电压的产生

上电冲击

上电过程中，由于滤波电感释放储能到滤波电容器中，导致滤波电容器的过瞬时过电压。

上电过电压示意

电容过电压失效的防范

电容器在过压状态下容易被击穿，而实际应用中的瞬时高电压是经常出现的。

选择承受瞬时过电压性能好的铝电解电容器，RIFA有的铝电解电容器就给出了瞬时过电压值得参数。

5、电解液干涸是铝电解电容器失效的最主要原因

电解液干涸的原因

电解液自然挥发

电解液的消耗

电解液自然挥发

电解液的挥发速度随温度的升高

电解液的挥发速度与电容器的密封质量有关，无论在高温还是在低温条件下都要有良好的密封性

电解液的消耗

漏电流所引起的电化学效应消耗电解液

铝电解电容器的寿命随漏电流增加而减少

漏电流随温度的升高而增加：25℃时漏电流仅仅是85℃时漏电流的不到十分之一漏电流随施加电压升高而增加：耐压为400V的铝电解电容器在额定电压下的漏电流大约是90%额定电压下的漏电流的5倍。

6、电解液干涸的时间就是铝电解电容器的寿命

影响铝电解电容器寿命的的因素(温度1)

根据铝电解电容器的电解液的不同，铝电解电容器的最高工作温度可分为：

一般用途：85℃

一般高温用途：105℃

特殊高温用途：125℃

汽车发动机舱：140~150℃

影响铝电解电容器寿命的的因素(额定寿命小时数)

按寿命小时数铝电解电容器可以分为：

一般用途(常温，3年以内)：1000小时

一般用途(常温，希望比较长的时间)：2000小时以上

工业级：更长的寿命小时数

影响铝电解电容器寿命的的因素(温度2)

温度每升高10℃，寿命小时数减半

影响铝电解电容器寿命的的因素(电解液)

电解液的多与寡决定铝电解电容器的寿命

影响铝电解电容器寿命的的因素(应用条件)

高温缩短铝电解电容器寿命

高纹波电流缩短铝电解电容器寿命

工作电压过高缩短铝电解电容器寿命

7、影响铝电解电容器寿命的参数与应用条件

工作电压与漏电流的关系

某公司生产的450V/4700μF/85℃铝电解电容器的漏电流与施加电压的关系

温度与漏电流的关系

某公司生产的450V/4700μF/85℃铝电解电容器的漏电流与环境温度的关系

温度、电压、纹波电流共同作用对寿命的影响

以某电子镇流器用铝电解电容器为例。

在不同的电压与温度条件下的铝电解电容器寿命不同

某电子镇流器用铝电解电容器降额寿命特性

某电子镇流器用铝电解电容器的过电压寿命特性

铝电解电容器的寿命与温度、纹波电流的关系

电感失效分析

电感器失效模式： 电感量和其他性能的超差、开路、短路

模压绕线片式电感失效机理：

1.磁芯在加工过程中产生的机械应力较大，未得到释放

2.磁芯内有杂质或空洞磁芯材料本身不均匀，影响磁芯的磁场状况，使磁芯的磁导率发生了偏差;

3.由于烧结后产生的烧结裂纹;

4.铜线与铜带浸焊连接时，线圈部分溅到锡液，融化了漆包线的绝缘层，造成短路;

5.铜线纤细，在与铜带连接时，造成假焊，开路失效

1、耐焊性

低频片感经回流焊后感量上升《 20%

由于回流焊的温度超过了低频片感材料的居里温度，出现退磁现象。片感退磁后，片感材料的磁导率恢复到最大值，感量上升。一般要求的控制范围是片感耐焊接热后，感量上升幅度小于20%。

耐焊性可能造成的问题是有时小批量手工焊时，电路性能全部合格(此时片感未整体加热，感量上升小)。但大批量贴片时，发现有部分电路性能下降。这可能是由于过回流焊后，片感感量会上升，影响了线路的性能。在对片感感量精度要求较严格的地方(如信号接收发射电路)，应加大对片感耐焊性的关注。

检测方法：先测量片感在常温时的感量值，再将片感浸入熔化的焊锡罐里10秒钟左右，取出。待片感彻底冷却后，测量片感新的感量值。感量增大的百分比既为该片感的耐焊性大小

2、可焊性

电镀简介

当达到回流焊的温度时，金属银(Ag)会跟金属锡(Sn)反应形成共熔物，因此不能在片感的银端头上直接镀锡。而是在银端头上先镀镍(2um 左右) ，形成隔绝层，然后再镀锡(4-8um )。

可焊性检测

将待检测的片感的端头用酒精清洗干净，将片感在熔化的焊锡罐中浸入4秒钟左右，取出。如果片感端头的焊锡覆盖率达到90%以上，则可焊性合格。

可焊性不良

1)端头氧化：当片感受高温、潮湿、化学品、氧化性气体(SO2、NO2等)的影响，或保存时间过长，造成片感端头上的金属Sn氧化成SnO2，片感端头变暗。由于SnO2不和Sn、 Ag、Cu等生成共熔物，导致片感可焊性下降。片感产品保质期：半年。如果片感端头被污染，比如油性物质，溶剂等，也会造成可焊性下降

2)镀镍层太薄，吃银：如果镀镍时，镍层太薄不能起隔离作用。回流焊时，片感端头上的Sn和自身的Ag首先反应，而影响了片感端头上的Sn和焊盘上的焊膏共熔，造成吃银现象，片感的可焊性下降。

判断方法：将片感浸入熔化的焊锡罐中几秒钟，取出。如发现端头出现坑洼情况，甚至出现瓷体外露，则可判断是出现吃银现象的。

3、焊接不良

内应力

如果片感在制作过程中产生了较大的内部应力，且未采取措施消除应力，在回流焊过程中，贴好的片感会因为内应力的影响产生立片，俗称立碑效应。

判断片感是否存在较大的内应力，可采取一个较简便的方法：

取几百只的片感，放入一般的烤箱或低温炉中，升温至230℃左右，保温，观察炉内情况。如听见噼噼叭叭的响声，甚至有片子跳起来的声音，说明产品有较大的内应力。

元件变形

如果片感产品有弯曲变形，焊接时会有放大效应。

焊接不良、虚焊

焊接正常

焊盘设计不当

a.焊盘两端应对称设计，避免大小不一，否则两端的熔融时间和润湿力会不同

b.焊合的长度在0.3mm以上(即片感的金属端头和焊盘的重合长度)

c.焊盘余地的长度尽量小，一般不超过0.5mm。

d.焊盘的本身宽度不宜太宽，其合理宽度和MLCI宽度相比，不宜超过0.25mm

贴片不良

当贴片时，由于焊垫的不平或焊膏的滑动，造成片感偏移了θ角。由于焊垫熔融时产生的润湿力，可能形成以上三种情况，其中自行归正为主，但有时会出现拉的更斜，或者单点拉正的情况，片感被拉到一个焊盘上，甚至被拉起来，斜立或直立(立碑现象)。目前带θ角偏移视觉检测的贴片机可减少此类失效的发生

焊接温度

回流焊机的焊接温度曲线须根据焊料的要求设定，应该尽量保证片感两端的焊料同时熔融，以避免两端产生润湿力的时间不同，导致片感在焊接过程中出现移位。如出现焊接不良，可先确认一下，回流焊机温度是否出现异常，或者焊料有所变更。

电感在急冷、急热或局部加热的情况下易破损，因此焊接时应特别注意焊接温度的控制，同时尽可能缩短焊接接触时间

回流焊推荐温度曲线

手工焊推荐温度曲线

4、上机开路

虚焊、焊接接触不良

从线路板上取下片感测试，片感性能是否正常

电流烧穿

如选取的片感，磁珠的额定电流较小，或电路中存在大的冲击电流会造成电流烧穿，片感或磁珠失效，导致电路开路。从线路板上取下片感测试，片感失效，有时有烧坏的痕迹。如果出现电流烧穿，失效的产品数量会较多，同批次中失效产品一般达到百分级以上。

焊接开路

回流焊时急冷急热，使片感内部产生应力，导致有极少部分的内部存在开路隐患的片感的缺陷变大，造成片感开路。从线路板上取下片感测试，片感失效。如果出现焊接开路，失效的产品数量一般较少，同批次中失效产品一般小于千分级。

5、磁体破损

磁体强度

片感烧结不好或其它原因，造成瓷体强度不够，脆性大，在贴片时，或产品受外力冲击造成瓷体破损

附着力

如果片感端头银层的附着力差，回流焊时，片感急冷急热，热胀冷缩产生应力，以及瓷体受外力冲击，均有可能会造成片感端头和瓷体分离、脱落;或者焊盘太大，回流焊时，焊膏熔融和端头反应时产生的润湿力大于端头附着力，造成端头破坏。

片感过烧或生烧，或者制造过程中，内部产生微裂纹。回流焊时急冷急热，使片感内部产生应力，出现晶裂，或微裂纹扩大，造成瓷体破损。

半导体器件失效分析

半导体器件失效分析就是通过对失效器件进行各种测试和物理、化学、金相试验，确定器件失效的形式(失效模式)，分析造成器件失效的物理和化学过程(失效机理)，寻找器件失效原因，制订纠正和改进措施。加强半导体器件的失效分析，提高它的固有可靠性和使用可靠性，是改进电子产品质量最积极、最根本的办法，对提高整机可靠性有着十分重要的作用。

半导体器件与使用有关的失效十分突出，占全部失效器件的绝大部分。进口器件与国产器件相比，器件固有缺陷引起器件失效的比例明显较低，说明进口器件工艺控制得较好，固有可靠性水平较高。

1、与使用有关的失效

与使用有关的失效原因主要有：

过电应力损伤、静电损伤、器件选型不当、使用线路设计不当、机械过应力、操作失误等。

①过电应力损伤。 过电应力引起的烧毁失效占使用中失效器件的绝大部分，它发生在器件测试、筛选、安装、调试、运行等各个阶段，其具体原因多种多样，常见的有多余物引起的桥接短路、地线及电源系统产生的电浪涌、烙铁漏电、仪器或测试台接地不当产生的感应电浪涌等。按电应力的类型区分，有金属桥接短路后形成的持续大电流型电应力，还有线圈反冲电动势产生的瞬间大电流型电应力以及漏电、感应等引起的高压小电流电应力;按器件的损伤机理区分，有外来过电应力直接造成的PN结、金属化烧毁失效，还有外来过电应力损伤PN结触发CMOS电路闩锁后引起电源电流增大而造成的烧毁失效。

②静电损伤。 严格来说，器件静电损伤也属于过电应力损伤，但是由于静电型过电应力的特殊性以及静电敏感器件的广泛使用，该问题日渐突出。静电型过电应力的特点是：电压较高(几百伏至几万伏)，能量较小，瞬间电流较大，但持续时间极短。与一般的过电应力相比，静电型损伤经常发生在器件运输、传送、安装等非加电过程中，它对器件的损伤过程是不知不觉的，危害性很大。从静电对器件损伤后的失效模式来看，不仅有PN结劣化击穿、表面击穿等高压小电流型的失效模式，也有金属化、多晶硅烧毁等大电流失效模式。

③器件选型不当 。器件选型不当也是经常发现的使用问题引起失效的原因之一，主要是设计人员对器件参数、性能了解不全面、考虑不周，选用的器件在某些方面不能满足所设计的电路要求。

④操作失误。 操作失误也是器件经常出现的失效原因之一，例如器件的极性接反引起的烧毁失效等。

2、器件固有缺陷引起的失效

与器件固有缺陷有关的失效原因主要有：表面问题、金属化问题、压焊丝键合问题、芯片键合问题、封装问题、体内缺陷等。在这几种原因中，对器件可靠性影响较大的是表面问题、键合问题和粘片问题引起的失效，它们均带有批次性，且经常重复出现。

(1) 表面问题

从可靠性方面考虑，对器件影响最大的是二氧化硅层内的可动正离子电荷，它会使器件的击穿电压下降，漏电流增大，并且随着加电时间的增加使器件性能逐渐劣化。有这种缺陷的器件用常规的筛选方法不能剔除，对可靠性危害很大。此外，芯片表面二氧化硅层中的针孔对器件可靠性的影响也较大。有这种缺陷的器件，针孔刚开始时往往还有一层极薄的氧化层，器件性能还是正常的，还可顺利通过老炼、筛选等试验，但长期使用后由于TDDB效应和电浪涌的冲击，针孔就会穿通短路，引起器件失效。

(2) 金属化问题

引起器件失效的常见的金属化问题是台阶断铝、铝腐蚀、金属膜划伤等。对于一次集成电路，台阶断铝、铝腐蚀较为常见：对于二次集成电路来说，内部金属膜电阻在清洗、擦拭时被划伤而引起开路失效也是常见的失效模式之一。

(3) 压焊丝键合问题

常见的压焊丝键合问题引起的失效有以下几类。

①压焊丝端头或压焊点沾污腐蚀造成压焊点脱落或腐蚀开路。

②外压焊点下的金层附着不牢或发生金铝合金，造成压焊点脱落。

③压焊点过压焊，使压焊丝颈部断开造成开路失效。

④压焊丝弧度不够，与芯片表面夹角太小，容易与硅片棱或与键合丝下的金属化铝线相碰，造成器件失效。

(4) 芯片键合问题

最常见的是芯片粘结的焊料太少、焊料氧化、烧结温度过低等引起的开路现象。芯片键合不好，焊料氧化发黑，导致芯片在"磁成形"时受到机械应力作用后从底座抬起分离，造成开路失效。

(5) 封装问题

封装问题引起的失效有以下几类。

①封装不好，管壳漏气，使水汽或腐蚀性物质进入管壳内部，引起压焊丝和金属化腐蚀。

②管壳存在缺陷，使管腿开路、短路失效。

③内涂料龟裂、折断键合铝丝，造成器件开路或瞬时开路失效。这种失效现象往往发生在器件进行高、低温试验时。

(6) 体内缺陷

半导体器件体内存在缺陷也可引起器件的结特性变差而失效，但这种失效形式并不多见，而经常出现的是体内缺陷引起器件二次击穿耐量和闩锁阈值电压降低而造成烧毁。

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元器件的失效原因及故障检查方法，比较实用资料

导语电子元器件在使用过程中，常常会出现失效。失效就意味着电路可能出现故障，从而影响设备的正常工作。这里分析了常见元器件的失效原因和常见故障。电子设备中大部分故障，究其最终原因都是由于电子元器件失效引起的。如果熟悉了元器件的失效原因，及时定位到元器件的故障原因，就能及时排除故障，让设备正常运行。温度导致失效 元件失效的重要因素之一就是环境温度对元器件的影响。＋温度变化对半导体器件的影响 由于P-N结的正向压降受温度的影响较大，所以用P-N为基本单元构成的双极型半导体逻辑元件（TTL、HTL等集成电路）的电压传输特性和抗干扰度也与温度有密切的关系。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将减小，这就使得元件的低电平抗干扰电压容限随温度的升高而变小；高电平抗干扰电压容限随温度的升高而增大，造成输出电平偏移、波形失真、稳态失调，甚至热击穿。构成双极型半导体器件的基本单元P-N结对温度的变化很敏感，当P-N结反向偏置时，由少数载流子形成的反向漏电流受温度的变化影响，其关系为：

公式中： ICQ：温度T0C时的反向漏电流IICQ：温度TR℃时的反向漏电流T-TR：温度变化的绝对值 由上式可以看出，温度每升高10℃，ICQ将增加一倍。这将造成晶体管放大器的工作点发生漂移、晶体管电流放大系数发生变化、特性曲线发生变化，动态范围变小。温度与允许功耗的关系如下：

公式中： Pcm：最大允许功耗Ta：使用环境温度Tj：晶体管的结温度Rja：结与环境之间的热阻 由上式可以看出，温度的升高将使晶体管的最大允许功耗下降。＋温度变化对电阻的影响 对于电阻温度变化的影响主要是在温度升高的时候。温度升高会引起电阻热噪声增加、阻值偏离标称值、允许耗散概率下降等现象。打比方说，RXT系列的碳膜电阻在温度升高到100℃时，允许的耗散概率仅为标称值的20%。电阻的这一特性并不是只有坏处。比如，经过特殊设计的电阻：PTC（正温度系数热敏电阻）和NTC（负温度系数热敏电阻），它们的阻值受温度的影响很大，可以作为传感器。对于PTC，当其温度升高到某一阈值时，其电阻值会急剧增大。利用这一特性，可将其用在电路板的过流保护电路中 —— 当由于某种故障造成通过它的电流增加到其阈值电流后，PTC的温度急剧升高，同时，其电阻值变大，限制通过它的电流，达到对电路的保护。而故障排除后，通过它的电流减小，PTC的温度恢复正常，同时其电阻值也恢复到其正常值。对于NTC，它的特点是其电阻值随温度的升高而减小。＋温度变化对电容的影响 温度变化将引起电容的到介质损耗变化，从而影响其使用寿命。温度每升高10℃时，电容器的寿命就降低50%，同时还引起阻容时间常数变化，甚至发生因介质损耗过大而热击穿的情况。

湿度导致失效 元件失效的重要因素之一就是环境湿度对元器件的影响。湿度过高，当含有酸碱性的灰尘落到电路板上时，将腐蚀元器件的焊点与接线处，造成焊点脱落、接头断裂。湿度过高也是引起漏电耦合的主要原因。而湿度过低又容易产生静电，所以环境的湿度应控制在合理的水平。过高电压导致失效 元件失效的重要因素之一就是过高电压对元器件的影响。保证元器件正常工作的重要条件是施加在元器件上的电压要保证稳定性。过高的电压轻则会造成元器件的热损耗增加，重则会造成元器件的电击穿。就拿电容器来说，其失效率正比于施加在电容两端电压的5次幂。对于集成电路来说，超过其最大允许电压值的电压将造成器件的直接损坏。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稍有差别，但也都有电压允许上限。晶体管元件都有耐压值，超过耐压值会对元件有损伤，比如超过二极管、电容等元件的耐压值会导致它们击穿，如果能量很大会导致热击穿，元件会报废。振动、冲击导致失效 元件失效的重要因素之一就是振动、冲击对元器件的影响。机械振动与冲击会使一些内部有缺陷的元件加速失效，造成灾难性故障。机械振动还会使焊点、压线点发生松动，导致接触不良。若振动导致导线发生不应有的接触，会产生一些意想不到的后果。可能引起的故障模式，及失效分析：

阻失效分析 电阻器、电位器的失效机理视类型不同而不同。非线形电阻器和电位器主要失效模式为开路、阻值漂移、引线机械损伤和接触损坏；线绕电阻器和电位器主要失效模式为开路、引线机械损伤和接触损坏。主要有以下四类：

碳膜电阻器。引线断裂、基体缺陷、膜层均匀性差、膜层刻槽缺陷、膜材料与引线端接触不良、膜与基体污染等。金属膜电阻器。电阻膜不均匀、电阻膜破裂、引线不牢、电阻膜分解、银迁移、电阻膜氧化物还原、静电荷作用、引线断裂、电晕放电等。线绕电阻器。接触不良、电流腐蚀、引线不牢、线材绝缘不好、焊点熔解等。可变电阻器。接触不良、焊接不良、接触破裂或引线脱落、杂质污染、环氧胶不好、轴倾斜等。

电阻容易产生变质和开路故障。电阻变质后往往是阻值变大的漂移。电阻一般不进行修理，而直接更换新电阻。线绕电阻当电阻丝烧断时，某些情况下可将烧断处理重新焊接后使用。电阻变质多是由于散热不良、过分潮湿或制造时产生缺陷等原因造成的，而烧坏则是因电路不正常，如短路、过载等原因所引起。电阻烧坏常见有两种现象，一种是电流过大使电阻发热引起电阻烧坏，此时电阻表面可见焦糊状，很容易发现；另一种情况是由于瞬间高压加到电阻上引起电阻开路或阻值变大，这种情况下电阻表面一般没有明显改变，在高压电路中经常可发现这种故障现象的电阻。可变电阻器或电位器主要有线绕和非线绕两种。它们共同的失效模式有：参数漂移、开路、短路、接触不良、动噪声大，机械损伤等。但是实际数据表明：实验室试验与现场使用之间主要的失效模式差异较大，实验室故障以参数漂移居多，而现场以接触不良、开路居多。电位器接触不良的故障，在现场使用中普遍存在。如在电信设备中达90% ，在电视机中约占87%，故接触不良对电位器是致命的薄弱环节。造成接触不良的主要原因如下：

接触压力太小、应力松弛、滑动接点偏离轨道或导电层、机械装配不当，或者由于很大的机械负荷（如碰撞、跌落等）导致接触变形等。导电层或接触轨道因氧化、污染，而在接触处形成各种不导电的膜层。导电层或电阻合金线磨损或烧毁，致使滑动点接触不良。

电位器开路失效主要是由局部过热或机械损伤造成的。例如，电位器的导电层或电阻合金线氧化、腐蚀、污染或者由于工艺不当（如绕线不均匀，导电膜层厚薄不均匀等）所引起的过负荷，产生局部过热，使电位器烧坏而开路；滑动触点表面不光滑，接触压力又过大，将使绕线严重磨损而断开，导致开路；电位器选择与使用不当，或电子设备的故障危及电位器，使其处于过负荷或在较大的负荷下工作。这些都将加速电位器的损伤。电容失效分析 电容器常见的故障现象主要有击穿、开路、电参数退化、电解液泄漏及机械损坏等。导致这些故障的主要原因如下：

击穿。介质中存在疵点、缺陷、杂质或导电离子；介质材料老化；电介质的电化学击穿；在高湿度或低气压环境下极间边缘飞弧；在机械应力作用下电介质瞬时短路；金属离子迁移形成导电沟道或边缘飞弧放电；介质材料内部气隙击穿造成介质电击穿；介质在制造过程中机械损伤；介质材料分子结构的改变以及外加电压高于额定值等。开路。击穿引起电极和引线绝缘；电解电容器阳极引出箔被腐蚀断（或机械折断）；引出线与电极接触点形成氧化层而造成低电平开路；引出线与电极接触不良或绝缘；电解电容器阳极引出金属箔因腐蚀而导致开路；工作电解质干涸或冻结；在机械应力作用下电解质和电介质之间瞬时开路等。电参数退化。潮湿与电介质老化与热分解；电极材料的金属离子迁移；残余应力存在和变化；表面污染；材料的金属化电极的自愈效应；工作电解质挥发和变稠；电极发生电解腐蚀或化学腐蚀；引线和电极接触电阻增加；杂质和有害离子的影响。

由于实际电容器是在工作应力和环境应力的综合作用下工作的，因而会产生一种或几种失效模式和失效机理，还会有一种失效模式导致另外失效模式或失效机理的发生。例如，温度应力既可以促使表面氧化、加快老化的影响程度、加速电参数退化，又会促使电场强度下降，加速介质击穿的早日到来；而且这些应力的影响程度还是时间的函数。因此，电容器的失效机理与产品的类型、材料的种类、结构的差异、制造工艺及环境条件、工作应力等诸因素等有密切关系。电容器出现击穿故障非常容易发现，但对于有多个元件并联的情况，要确定具体的故障元件却较为困难。电容器开路故障的确定可通过将相同型号和容量的电容与被检测电容并联，观察电路功能是否恢复来实现。电容电参数变化的检查较为麻烦，一般可按照下面方法进行。首先应将电容器的其中一条引线从电路板上烫下来，以避免周围元件的影响。其次根据电容器的不同情况用不同的方法进行检查。

电解电容器的检查。将万用表置于电阻挡，量程视被测电解电容的容量及耐压大小而定。测量容量小、耐压高的电解电容，量程应位于R×10kW挡；测量容量大、耐压低的电解电容，量程应位于R×1kW挡。观察充电电流的大小、放电时间长短（表针退回的速度）及表针最后指示的阻值。电解电容器质量好坏的鉴别方法如下：

①充电电流大，表针上升速度快，放电时间长，表针的退回速度慢，说明容量足。②充电电流小，表针上升速度慢，放电时间短，表针的退回速度快，说明容量小、质量差。③充电电流为零，表针不动，说明电解电容器已经失效。④放电到最后，表针退回到终了时指示的阻值大，说明绝缘性能好，漏电小。⑤放电到最后，表针退回到终了时指示的阻值小，说明绝缘性能差，漏电严重。

容量为1mF以上的一般电容器检查。可用万用表电阻挡（R×10kW）同极性多次测量法来检查漏电程度及是否击穿。将万用表的两根表笔与被测电容的两根引线碰一下，观察表针是否有轻微的摆动。对容量大的电容，表针摆动明显；对容量小的电容，表针摆动不明显。紧接着用表笔再次、三次、四次碰电容器的引线（表笔不对调），每碰一次都要观察针是否有轻微的摆动。如从第二次起每碰一次表针都摆动一下，则说明此电容器有漏电。如接连几次碰时表针均不动，则说明电容器是好的。如果第一次相碰时表针就摆到终点，则说明电容器已经被击穿。另外，对于容量为1mF~20mF的电容器，有的数字万用表可以测量。容量为1mF以下的电容器检查。可以使用数字万用表的电容测量挡较为准确地测得电容器的实际数值。若没有带电容测量功能的数字万用表，只能用欧姆挡检查它是否击穿短路。用好的相同容量的电容器与被怀疑的电容器并联，检查它是否开路。电容器参数的精确测量。单个电容器容量的精确测量可使用LCR电桥，耐压值的测量可采用晶体管特性测试仪。

电感和变压器类失效分析 此类元件包括电感、变压器、振荡线圈、滤波线圈等。其故障多由于外界原因引起，例如当负载短路时，由于流过线圈的电流超过额定值，变压器温度升高，造成线圈短路、断路或绝缘击穿。当通风不良、温度过高或受潮时，亦会产生漏电或绝缘击穿的现象。对于变压器的故障现象及原因，常见的有以下几种：当变压器接通电源后，若铁心发出嗡嗡的响声，则故障原因可能是铁心未夹紧或变压器负载过重；发热高、冒烟、有焦味或保险丝烧断，则可能是线圈短路或负载过重。电感和变压器类元件的故障检查一般采用如下方法：

直流电阻测量法。用万用表的电阻挡测电感类的元件的好坏。测天线线圈、振荡线圈时，量程应置于最小电阻挡（如R×1W挡）；测中周及输出输入变压器时，量程应放在低阻挡（R×10W或R×100W挡），测得的阻值与维修资料或日常积累的经验数据相对照，如果很接近则表示被测元件是正常的；如果阻值比经验数据小许多，表明线圈有局部短路；如果表针指示值为零，则说明线圈短路。应该注意的是，振荡线圈、天线线圈及中周的次级电阻很小，只有零点几欧姆，读数时尤其要仔细，不要误判断为短路。用高阻挡（R×10kW）测量初级线圈与次级线圈之间的电阻时，应该是无穷大。如果初级、次级之间有一定的电阻值，则表示初级、次级之间有漏电。通电检查法。对电源变压器可以通过通电检查，看次级电压是否下降。如果次级电压下降，则怀疑次级（或初级）有局部短路。当通电后出现变压器迅速发烫或有烧焦味、冒烟等现象，则可判断变压器肯定有局部短路。仪器检查法。可以使用高频率Q表来测量电感量及其Q值，也可以用电感短路仪来判断低频率线圈的局部短路现象。用兆欧表则可以测量电源变压器初、次级之间的绝缘电阻。若发现变压器有漏电现象则可能是绝缘不良或受潮所引起的，此时可将变压器拆下来去潮烘干。另外，调压变压器的各种碳刷或铜刷，在维护和使用不当的情况下极容易磨损，其碎片和积炭往往因短路部分的线圈烧毁而烧毁变压器，因此平时要注意维护。

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干货｜各类电子元器件失效机理分析

元器件的失效原因及故障检查方法，比较实用资料

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