電感的失效模式與機理

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。對于硬件工程師來講電子元器件失效是個非常麻煩的事情，比如某個半導(dǎo)體器件外表完好但實際上已經(jīng)半失效或者全失效會在硬件電路調(diào)試上花費大把的時間，有時甚至炸機。

所以掌握各類電子元器件的實效機理與特性是硬件工程師必不可少的知識。

今天主要介紹一下電感的失效模式與機理。

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，當電流流過導(dǎo)體時，會產(chǎn)生電磁場，電磁場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。給一個線圈通入電流，線圈周圍就會產(chǎn)生磁場，線圈就有磁通量通過。通入線圈的電源越大，磁場就越強，通過線圈的磁通量就越大。實驗證明，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理：

① 磁芯在加工過程中產(chǎn)生的機械應(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，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，在與銅帶連接時，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小批量手工焊時，電路性能全部合格（此時片感未整體加熱，感量上升?。?。但大批量貼片時，發(fā)現(xiàn)有部分電路性能下降。這可能是由于過回流焊后，片感感量會上升，影響了線路的性能。在對片感感量精度要求較嚴格的地方（如信號接收發(fā)射電路），應(yīng)加大對片感耐焊性的關(guān)注。

檢測方法：先測量片感在常溫時的感量值，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.電鍍簡介：

當達到回流焊的溫度時，金屬銀（Ag）會跟金屬錫（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：

將待檢測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到90％以上，則可焊性合格。

因素

可焊性不良

端頭氧化：當片感受高溫、潮濕、化學(xué)品、氧化性氣體（SO2、NO2等）的影響， 或保存時間過長，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，也會造成可焊性下降；

鍍鎳層太薄，吃銀：如果鍍鎳時，鎳層太薄不能起隔離作用?；亓骱笗r，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，貼好的片感會因為內(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，可采取一個較簡便的方法：

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，焊接時會有放大效應(yīng)。

焊接不良、虛焊

焊接正常

因素一

焊盤設(shè)計不當

a、焊盤兩端應(yīng)對稱設(shè)計，避免大小不一，否則兩端的熔融時間和潤濕力會不同；

b、焊合的長度在0.3mm以上（即片感的金屬端頭和焊盤的重合長度）；

c、焊盤余地的長度盡量小，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

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

因素三

焊接溫度

回流焊機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熔融，以避免兩端產(chǎn)生潤濕力的時間不同，導(dǎo)致片感在焊接過程中出現(xiàn)移位。如出現(xiàn)焊接不良，可先確認一下，回流焊機溫度是否出現(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，因此焊接時應(yīng)特別注意焊接溫度的控制，同時盡可能縮短焊接接觸時間。

回流焊推薦溫度曲線

手工焊推薦溫度曲線

4

上機開路

虛焊、焊接接觸不良：

從線路板上取下片感測試，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試，片感失效，有時有燒壞的痕跡。如果出現(xiàn)電流燒穿，失效的產(chǎn)品數(shù)量會較多，同批次中失效產(chǎn)品一般達到百分級以上。

后果二

焊接開路

回流焊時急冷急熱，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。

5

磁體破損

因素一

磁體強度不夠

片感燒結(jié)不好或其它原因，造成瓷體強度不夠，脆性大，在貼片時，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，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，均有可能會造成片感端頭和瓷體分離、脫落；或者焊盤太大，回流焊時，焊膏熔融和端頭反應(yīng)時產(chǎn)生的潤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?；亓骱笗r急冷急熱，使片感內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，出現(xiàn)晶裂，或微裂紋擴大，造成瓷體破損。