不同類型電子元器件的失效模式和機(jī)理以及故障現(xiàn)象與原因分析

摘要：電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用也使得故障監(jiān)測與排除技術(shù)成為了研究電器設(shè)計與應(yīng)用的重點(diǎn)，如果熟悉電器元件的故障類型就可針對性的檢查與排除，并避免出現(xiàn)極端工況而導(dǎo)致其出現(xiàn)故障。電子設(shè)備越是復(fù)雜其故障頻率也就會隨之增加，而將電路系統(tǒng)的功能喪失稱之為電路故障，也就是某些電器元件失效而導(dǎo)致的電氣設(shè)備工作異常，本文就將對不同的電器元件出現(xiàn)失效的模式與普遍因素進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：元件失效 工況因素 環(huán)境因素 材料因素

1、電阻器件失效

電子設(shè)備中電阻元件通常是電阻元件和可變電阻，及電阻和電位器。而電阻的失效機(jī)理有以下幾點(diǎn)：1）碳膜電阻出現(xiàn)失效通常為引線斷落、膜層缺陷、層膜材料與引線接觸不良等；2）金屬膜電阻失效則因?yàn)殡娮枘て屏选⒁€接觸不良、電阻膜氧化、靜電干擾等；3）繞線電阻失效通常因?yàn)榻佑|不良、腐蝕故障、接觸片脫落、焊接不實(shí)等；4）變位器故障則是因?yàn)榻佑|性故障，污染腐蝕、環(huán)氧膠質(zhì)量不滿足標(biāo)準(zhǔn)等等。

具體看失效情況：1）針對電位器的開路失效，主要是因?yàn)闄C(jī)械性損傷和發(fā)熱所致，如：電位器的導(dǎo)電層在氧化和腐蝕等作用下導(dǎo)致其電流載荷過大，出現(xiàn)局部的發(fā)熱，這就會導(dǎo)致電位器的燒毀而呈現(xiàn)開路故障；在滑動觸電在接觸上出現(xiàn)阻力過大而出現(xiàn)局部摩擦壓力大導(dǎo)致線圈磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)斷線，形成開路故障；電路設(shè)計中電位器的型號選擇不當(dāng)或者其他故障導(dǎo)致電位器超負(fù)荷工作也好導(dǎo)致電位器的壽命縮短或者故障。

2）電阻在應(yīng)用中容易出現(xiàn)的是變質(zhì)故障和開路故障。電阻出現(xiàn)性質(zhì)改變后就會產(chǎn)生電阻移位，電阻出現(xiàn)故障不會進(jìn)行修理而是進(jìn)行更換。繞線電阻如果出現(xiàn)燒斷，在某些情況下可以進(jìn)行焊接修復(fù)。電阻變質(zhì)主要是因?yàn)樯嵝Ч睿睗癍h(huán)境、生產(chǎn)質(zhì)量差等問題，而燒毀則是因?yàn)殡娐饭收希缍搪贰⑦^載等因素引發(fā)電阻燒毀。

2、電容元件失效

電路中引發(fā)電容器失效的因素有以下三個主要方面：1）電容擊穿：在電容介質(zhì)中出現(xiàn)缺陷的時候會導(dǎo)致?lián)舸唤橘|(zhì)老化或者電解質(zhì)被化學(xué)腐蝕等；在惡劣環(huán)境中極間邊緣電弧等；工作中因?yàn)闄C(jī)械作用而導(dǎo)致介質(zhì)短路；金屬離子在遷移中導(dǎo)致電溝道或者電弧放電；介質(zhì)材料內(nèi)部出現(xiàn)擊穿；介質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常加上電壓過高也會出現(xiàn)擊穿。2）電容開路故障，因?yàn)閾舸┒l(fā)電極和絕緣故障；電解電容陽極出現(xiàn)腐蝕性缺陷而導(dǎo)致開路故障；引出線和電極接觸性差；引出線和電極接觸點(diǎn)出現(xiàn)氧化而導(dǎo)致低電平開路故障；元件中的電解質(zhì)出現(xiàn)質(zhì)量下降；機(jī)械作用導(dǎo)致的電解質(zhì)和電介質(zhì)的開路故障。3）元件參數(shù)改變：在潮濕與電介質(zhì)熱分解導(dǎo)致而定參數(shù)改變；電極材料和金屬離子的遷移導(dǎo)致參數(shù)改變；電極材料的表面出現(xiàn)污染；材料金屬化電極出現(xiàn)自愈效應(yīng)而導(dǎo)致參數(shù)改變；工作電介質(zhì)出現(xiàn)揮發(fā)或者變質(zhì)等；電極的電解質(zhì)腐蝕或者出現(xiàn)化學(xué)性腐蝕；元件引線和電極出現(xiàn)接觸電阻提高的情況。

在實(shí)際的工作中電容器所處的環(huán)境是較為復(fù)雜的，所以產(chǎn)生失效的模式和機(jī)理也較為復(fù)雜，及一種失效模式出現(xiàn)的同時也伴隨其他失效模式所導(dǎo)致的。所以在電容器的失效機(jī)理與元件的類型和材料、結(jié)構(gòu)、電路類型、制作工藝、工作環(huán)境等有著較為密切的關(guān)系，在處理故障的時候應(yīng)進(jìn)行綜合性考量。

3、 電感器和變壓器失效

這一類元件包括的類型較多，電感、變壓器、震蕩線圈、過濾線圈等等。這些元件出現(xiàn)故障往往是因?yàn)槎搪坊蛘哓?fù)載增加等，如當(dāng)負(fù)載短路的時候，線圈的電流超過線圈所能承載的極限，變壓器溫度提高，造成線圈短路或者斷路、擊穿等情況，再加上環(huán)境惡劣的影響，就會導(dǎo)致元件故障。

而變壓器的故障則包括以下幾種：接通電源后鐵心出現(xiàn)噪音，則故障點(diǎn)是鐵心沒有加緊或者變壓器超負(fù)荷；設(shè)備出現(xiàn)異常發(fā)熱、冒煙、保險熔斷等則是因?yàn)榫€圈上負(fù)載出現(xiàn)超標(biāo)。對于電感和變壓器元件的故障檢查可以利用：直流電阻測量技術(shù)；通電檢查；儀器在線檢查等。

4、 集成元件失效

集成元件的失效通常有以下因素：電極開路斷續(xù)不穩(wěn)定，這是因?yàn)殡姌O間的金屬移位或者腐蝕導(dǎo)致質(zhì)量下降；電極短路是因?yàn)殡姌O間的金屬遷移和金屬化工藝差或者異物干擾等；引線斷落，這是因?yàn)橐€質(zhì)量差，強(qiáng)度不足，熱點(diǎn)應(yīng)力或者機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致斷裂；機(jī)械磨損或者封裝破損，這是因?yàn)椴牧腺|(zhì)量差，可移動離子反應(yīng)激烈。焊接性下降，因?yàn)椴牧匣蛘咭€的鍍層質(zhì)量差，引線表面污染、腐蝕氧化等。

5、繼電器的失效

在實(shí)際工作中繼電器的失效機(jī)理包括：接觸差，即接觸點(diǎn)的表面出現(xiàn)污染或者被阻隔、出現(xiàn)有機(jī)吸附、摩擦聚合物、有害氣體污染、插件松脫、彈簧性能減弱等等。接觸點(diǎn)異常連接，因?yàn)殡娀鸹ɑ蛘唠娀〉葘?dǎo)致接觸點(diǎn)熔融并出現(xiàn)異常粘結(jié)，外部因素腐蝕導(dǎo)致接觸點(diǎn)咬合過緊等；短路故障，線圈的兩端因?yàn)橐€焊接質(zhì)量差或者電磁線圈涂層存在缺陷，絕緣層被擊穿等導(dǎo)致短路，導(dǎo)電異物引入元件內(nèi)部而短路。線圈斷裂，在惡劣環(huán)境中線圈腐蝕加劇，導(dǎo)致線圈的壽命縮短并引起腐蝕斷裂；彈簧片斷裂，在工作中因?yàn)槠诙鴮?dǎo)致彈簧片出現(xiàn)裂縫并導(dǎo)致斷裂，或者因?yàn)楦g性氣體或者潮濕條件等導(dǎo)致彈簧片強(qiáng)度下降。接觸點(diǎn)出現(xiàn)誤動，這是因?yàn)樵陔娖髟O(shè)備工況環(huán)境中出現(xiàn)諧振，而導(dǎo)致接觸點(diǎn)出現(xiàn)誤動。靈敏性下降，低溫環(huán)境下接觸點(diǎn)凍結(jié)；銜接貼片失靈或者腐蝕，剩磁增加導(dǎo)致釋放機(jī)構(gòu)失靈等。針對這些問題在實(shí)際的操作中應(yīng)進(jìn)行針對性的防護(hù)，或者在容易出現(xiàn)的故障點(diǎn)上進(jìn)行防護(hù)，同時在維護(hù)中也應(yīng)針對性分析并及時排除。

結(jié)束語：綜合的看，電路中的各種電器元件的失效模式多為元件的工作失靈，而產(chǎn)生的機(jī)理也是因?yàn)榄h(huán)境、材料、工況改變等造成的，所以要在電路工作中保證其出廠質(zhì)量、工作環(huán)境、工作狀況參數(shù)等滿足其額定需求，且在選擇元件的時候保證冗余，以此保證電路的正常運(yùn)行。

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