電子元器件的主要失效模式包括但不限于開路、短路、燒毀、爆炸、漏電、功能失效、電參數(shù)漂移、非穩(wěn)定失效等。對(duì)于硬件工程師來講電子元器件失效是個(gè)非常麻煩的事情，比如某個(gè)半導(dǎo)體器件外表完好但實(shí)際上已經(jīng)半失效或者全失效會(huì)在硬件電路調(diào)試上花費(fèi)大把的時(shí)間，有時(shí)甚至炸機(jī)。

所以掌握各類電子元器件的實(shí)效機(jī)理與特性是硬件工程師必不可少的知識(shí)。

今天主要介紹一下電感的失效模式與機(jī)理。

01 PART 電感的作用

我們通常所說的電感指的是電感器件，它是用絕緣導(dǎo)線（例如漆包線,沙包線等）繞制而成的電磁感應(yīng)元件。

在電路中，當(dāng)電流流過導(dǎo)體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)的大小除以電流的大小就是電感。

電感是衡量線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)能力的物理量。給一個(gè)線圈通入電流，線圈周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，線圈就有磁通量通過。通入線圈的電源越大，磁場(chǎng)就越強(qiáng)，通過線圈的磁通量就越大。實(shí)驗(yàn)證明，通過線圈的磁通量和通入的電流是成正比的，它們的比值叫做自感系數(shù)，也叫做電感。

02 PART 電感的失效分析

電感器失效模式：電感量和其他性能的超差、開路、短路

“

模壓繞線片式電感失效機(jī)理：

① 磁芯在加工過程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力較大，未得到釋放；

② 磁芯內(nèi)有雜質(zhì)或空洞磁芯材料本身不均勻，影響磁芯的磁場(chǎng)狀況，使磁芯的磁導(dǎo)率發(fā)生了偏差；

③ 由于燒結(jié)后產(chǎn)生的燒結(jié)裂紋；

④ 銅線與銅帶浸焊連接時(shí)，線圈部分濺到錫液，融化了漆包線的絕緣層，造成短路；

⑤ 銅線纖細(xì)，在與銅帶連接時(shí)，造成假焊，開路失效。

”

1

耐焊性

低頻片感經(jīng)回流焊后感量上升20％

由于回流焊的溫度超過了低頻片感材料的居里溫度，出現(xiàn)退磁現(xiàn)象。片感退磁后，片感材料的磁導(dǎo)率恢復(fù)到最大值，感量上升。一般要求的控制范圍是片感耐焊接熱后，感量上升幅度小于20%。

耐焊性可能造成的問題是有時(shí)小批量手工焊時(shí)，電路性能全部合格（此時(shí)片感未整體加熱，感量上升小）。但大批量貼片時(shí)，發(fā)現(xiàn)有部分電路性能下降。這可能是由于過回流焊后，片感感量會(huì)上升，影響了線路的性能。在對(duì)片感感量精度要求較嚴(yán)格的地方（如信號(hào)接收發(fā)射電路），應(yīng)加大對(duì)片感耐焊性的關(guān)注。

檢測(cè)方法：先測(cè)量片感在常溫時(shí)的感量值，再將片感浸入熔化的焊錫罐里10秒鐘左右，取出。待片感徹底冷卻后，測(cè)量片感新的感量值。感量增大的百分比既為該片感的耐焊性大小。

2

可焊性

1.電鍍簡(jiǎn)介：

當(dāng)達(dá)到回流焊的溫度時(shí)，金屬銀（Ag）會(huì)跟金屬錫（Sn）反應(yīng)形成共熔物，因此不能在片感的銀端頭上直接鍍錫。而是在銀端頭上先鍍鎳（2ｕm 左右） ，形成隔絕層，然后再鍍錫（4－8ｕm ）。

2.可焊性檢測(cè)：

將待檢測(cè)的片感的端頭用酒精清洗干凈，將片感在熔化的焊錫罐中浸入4秒鐘左右，取出。如果片感端頭的焊錫覆蓋率達(dá)到90％以上，則可焊性合格。

因素

可焊性不良

端頭氧化：當(dāng)片感受高溫、潮濕、化學(xué)品、氧化性氣體（SO2、NO2等）的影響， 或保存時(shí)間過長(zhǎng)，造成片感端頭上的金屬Sn氧化成SnO2，片感端頭變暗。由于SnO2不和Sn、 Ag、Cu等生成共熔物，導(dǎo)致片感可焊性下降。片感產(chǎn)品保質(zhì)期：半年。如果片感端頭被污染，比如油性物質(zhì)，溶劑等，也會(huì)造成可焊性下降；

鍍鎳層太薄，吃銀：如果鍍鎳時(shí)，鎳層太薄不能起隔離作用。回流焊時(shí)，片感端頭上的Sn和自身的Ag首先反應(yīng)，而影響了片感端頭上的Sn和焊盤上的焊膏共熔，造成吃銀現(xiàn)象，片感的可焊性下降。

判斷方法：將片感浸入熔化的焊錫罐中幾秒鐘，取出。如發(fā)現(xiàn)端頭出現(xiàn)坑洼情況，甚至出現(xiàn)瓷體外露，則可判斷是出現(xiàn)吃銀現(xiàn)象的。

3

焊接不良

內(nèi)鍍簡(jiǎn)介：

如果片感在制作過程中產(chǎn)生了較大的內(nèi)部應(yīng)力，且未采取措施消除應(yīng)力，在回流焊過程中，貼好的片感會(huì)因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力的影響產(chǎn)生立片，俗稱立碑效應(yīng)。

判斷片感是否存在較大的內(nèi)應(yīng)力，可采取一個(gè)較簡(jiǎn)便的方法：

取幾百只的片感，放入一般的烤箱或低溫爐中，升溫至230℃左右，保溫，觀察爐內(nèi)情況。如聽見噼噼叭叭的響聲，甚至有片子跳起來的聲音，說明產(chǎn)品有較大的內(nèi)應(yīng)力。

后果

元件變形

如果片感產(chǎn)品有彎曲變形，焊接時(shí)會(huì)有放大效應(yīng)。

焊接不良、虛焊

焊接正常

因素一

焊盤設(shè)計(jì)不當(dāng)

a、焊盤兩端應(yīng)對(duì)稱設(shè)計(jì)，避免大小不一，否則兩端的熔融時(shí)間和潤(rùn)濕力會(huì)不同；

b、焊合的長(zhǎng)度在0.3mm以上（即片感的金屬端頭和焊盤的重合長(zhǎng)度）；

c、焊盤余地的長(zhǎng)度盡量小，一般不超過0.5mm；

d、焊盤的本身寬度不宜太寬，其合理寬度和MLCI寬度相比，不宜超過0.25mm。

因素二

貼片不良

當(dāng)貼片時(shí)，由于焊墊的不平或焊膏的滑動(dòng)，造成片感偏移了θ角。由于焊墊熔融時(shí)產(chǎn)生的潤(rùn)濕力，可能形成以上三種情況，其中自行歸正為主，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)拉的更斜，或者單點(diǎn)拉正的情況，片感被拉到一個(gè)焊盤上，甚至被拉起來，斜立或直立（立碑現(xiàn)象）。目前帶θ角偏移視覺檢測(cè)的貼片機(jī)可減少此類失效的發(fā)生。

因素三

焊接溫度

回流焊機(jī)的焊接溫度曲線須根據(jù)焊料的要求設(shè)定，應(yīng)該盡量保證片感兩端的焊料同時(shí)熔融，以避免兩端產(chǎn)生潤(rùn)濕力的時(shí)間不同，導(dǎo)致片感在焊接過程中出現(xiàn)移位。如出現(xiàn)焊接不良，可先確認(rèn)一下，回流焊機(jī)溫度是否出現(xiàn)異常，或者焊料有所變更。

電感在急冷、急熱或局部加熱的情況下易破損，因此焊接時(shí)應(yīng)特別注意焊接溫度的控制，同時(shí)盡可能縮短焊接接觸時(shí)間。

回流焊推薦溫度曲線

手工焊推薦溫度曲線

4

上機(jī)開路

虛焊、焊接接觸不良：

從線路板上取下片感測(cè)試，片感性能是否正常

后果一

電流燒穿

如選取的片感，磁珠的額定電流較小，或電路中存在大的沖擊電流會(huì)造成電流燒穿，片感或磁珠 失效，導(dǎo)致電路開路。從線路板上取下片感測(cè)試，片感失效，有時(shí)有燒壞的痕跡。如果出現(xiàn)電流燒穿，失效的產(chǎn)品數(shù)量會(huì)較多，同批次中失效產(chǎn)品一般達(dá)到百分級(jí)以上。

后果二

焊接開路

回流焊時(shí)急冷急熱，使片感內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致有極少部分的內(nèi)部存在開路隱患的片感的缺陷變大，造成片感開路。從線路板上取下片感測(cè)試，片感失效。如果出現(xiàn)焊接開路，失效的產(chǎn)品數(shù)量一般較少，同批次中失效產(chǎn)品一般小于千分級(jí)。

5

磁體破損

因素一

磁體強(qiáng)度不夠

片感燒結(jié)不好或其它原因，造成瓷體強(qiáng)度不夠，脆性大，在貼片時(shí)，或產(chǎn)品受外力沖擊造成瓷體破損。

因素二

附著力

如果片感端頭銀層的附著力差，回流焊時(shí)，片感急冷急熱，熱脹冷縮產(chǎn)生應(yīng)力，以及瓷體受外力沖擊，均有可能會(huì)造成片感端頭和瓷體分離、脫落；或者焊盤太大，回流焊時(shí)，焊膏熔融和端頭反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的潤(rùn)濕力大于端頭附著力，造成端頭破壞。

片感過燒或生燒，或者制造過程中，內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋。回流焊時(shí)急冷急熱，使片感內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，出現(xiàn)晶裂，或微裂紋擴(kuò)大，造成瓷體破損。