电感零件常见失效模式及分析手法简介

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对于硬件工程师来说电子元器件失效是非常麻烦的事情,比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者完全失效会在硬件电路调试上面花费大把的时间,有时甚至炸机。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必不可少的知识。

电感定义:电感是导线内通过交流电流时,在导线的内部及其周围产生交变磁通,导线的磁通量与产生此磁通量的电流成之比。

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电感分类:按照大类分,电感可以分为功率电感,芯片电感和轴向电感。而功率电感又分为传统环形,组合型,一体成型喝薄型工字型。功率电感有着以下的特点:

1.功率电感以台系厂商为主流,在耐大电流和Low Profile电感部分日美企业技术领先,主要为磁芯材料研究差异。

2.因人力成本,环形电感会逐渐被取代。

3.产品结构演进主要为了满足处理器功耗,增大同时要求组件功耗降低的需求。

4.主要材料为铁粉芯和铁氧体镍锌系为主。

芯片电感分为迭层型,绕线型和薄膜型; 芯片电感又有着以下特点:

1.迭层型台系引进的较早,技术成熟,目前为主流。

2.绕线型因需高精密度绕线机投资,所以规模效应主要集中在日美企业,台系产能相对较小。

3.薄膜型台系目前出于引进研究阶段,产能较小;轴向电感分为色环电感,主要在家电产品中使用。 

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常见失效模式:常见的失效模式主要分以下几个方面考虑:1.设计/结构2.原材料3.制程4.电性特性5.焊锡不良。设计结构方面的现象一般有饱和/温升特性差、绕线绕线短路或铁芯绝缘性差、铁芯裂纹、引脚尺寸偏差过大等原因,对此改善和应对的措施主要为选择的电感额定电流必须要高于电路中最大电流1.5倍,外观尺寸检验,绝缘耐压测试 。原材料方面的现象一般有铁芯磁导率较低,温度特性差、铜线耐温等级不够、磁芯强度差、Base电镀不良等, 对此改善和应对的措施为铁芯和铜线材料特性资料,电性、可焊性测试报告。制程方面的现象为铁芯或漆包线破损、铁芯脱落、焊锡不良、印字残缺模糊等 ,对此改善和应对的措施为加强防护和巡检, 改善制程/治具 。电性特性的现象为L,DCR,Idc,Isat,Q,SRF out of Spec. 对此改善和应对的措施主要为100%电性测试/定时抽检。焊锡不良的现象为Pad氧化/电镀Sn层偏低、端面磨损/异物附着、产品底部平整度不佳/底部料片偏移等,对此改善和应对的措施为原材料厂商提供电镀报告,可焊性测试验证。

失效分析步骤:
(1) ICT/FCT测试中常见异常分析---OPEN/SHORT:
与原物料相关------ 产品特性不良(RDC偏大/IDC偏小);线圈有线伤;
与制程应用相关------ 测试时开机瞬间电流过大/电压不稳;产品应用不匹

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(2).问题分析流程  
不良品外观检查确认(非破坏)

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2. 不良品/良品电气特性比对确认(非破坏)

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经过电气测试确认:
2pcs不良品电感值都小于规格要求的33uH±20%的范围,DCR明显小于规格值0.35(Ω) max.基本判断不良品为Short Fail。
(3).不良品进一步Wire拆解分析(破坏)

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(4). Core验证分析(破坏)
Core外观检查OK,不良品与库存新品拆解进行对比分析
将拆解后的库存新品的Wire 绕制上在不良品之Core 上,感值恢复为29.8uH;
将拆解后的不良品的Wire 绕制上在库存新品之Core 上,感值为17.1uH,同样出现感值偏低现象。
因此初步排除Core 不良之原因,不良的问题点是出现在Wire方面。

经典案例分享:
1 .芯片电感

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机械/外力异常分析---本体Crac k裂痕或破损: 

2 .功率电感
电气异常分析---内电极熔化Crack裂痕开路:

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电气异常分析---绕线熔化烧焦致开路或层间短路:

总结:
(1)熟知零件的组成结构,材料,制程和特性
(2)FA一般流程

第一步:弄清零件异常的背景:
例如:不良率,异常现象,零件Date Code, 发生不良的流程,PCB上 发生异常的位置,终端产品及客户等 

第二步:无损检查
外观检查(六面显微境下观察:变形、破损、变色、异物、开/短路、烧融等);以上若无法断定,可以找良品或其他家的零件与其比对检查
X-Ray 分析/SAM超声波扫描: 检查零件内部有无明显异常(开/短路,分层,内部有空洞/汽泡等)
SEM EDS成份分析---若外观发现有异物

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第三步:电性检查

  • 能从基本电性来初步推断零件的失效的可能原因和失效现象:
  •  这里得清楚零件每个电性参数的含义,以及导致某个参数偏大或偏小的可能原因有哪些?

第四步:破坏性分析DPA

  • 切片、零件拆解:
  • 切片的方法:
  • 怎么切?方向和位置如何来确定?
  • 以下图片就是切片的方向和位置
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文章转载自:电子技术设计

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