常用的电子元器件失效机理与故障分析

　　电子元器件在使用过程中，常常会出现失效和故障，从而影响设备的正常工作。文本分析了常见元器件的失效原因和常见故障。

　　电子设备中绝大部分故障最终都是由于电子元器件故障引起的。如果熟悉了元器件的故障类型，有时通过直觉就可迅速的找出故障元件，有时只要通过简单的电阻、电压测量即可找出故障。

　　1 电阻器类

　　电阻器类元件包括电阻元件和可变电阻元件，固定电阻通常称为电阻，可变电阻通常称为电位器。电阻器类元件在电子设备中使用的数量很大，并且是一种消耗功率的元件，由电阻器失效导致电子设备故障的比率比较高，据统计约占15% 。电阻器的失效模式和原因与产品的结构、工艺特点、使用条件等有密切关系。电阻器失效可分为两大类，即致命失效和参数漂移失效。现场使用统计表明，电阻器失效的85%~90% 属于致命失效，如断路、机械损伤、接触损坏、短路、绝缘、击穿等，只有1 0 % 左右的是由阻值漂移导致失效。

　　电阻器电位器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：

　　（1 ）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。

　　（ 2 ）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。

　　（3 ）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。

　　（4 ）可变电阻器。接触不良、焊接不良、接触簧片破裂或引线脱落、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，电阻表面一般没有明显改变，在高压电路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9 0 % ，在电视机中约占8 7 %，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：

　　（ 1 ）接触压力太小、簧片应力松弛、滑动接点偏离轨道或导电层、机械装配不当，又或很大的机械负荷（如碰撞、跌落等）导致接触簧片变形等。

　　（2 ）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。

　　（3 ）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。

　　2 电容器类

　　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：

　　（1 ）击穿。介质中存在疵点、缺陷、杂质或导电离子；介质材料的老化；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。

（2 ）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；工作电解质的干涸或冻结；在机械应力作用下