|导致元器件失效的原因有哪些?
元件的失效直接受湿度、温度、电压、机械等因素的影响 。
1、温度导致失效:
1.1 环境温度是导致元件失效的重要因素 。
温度变化对半导体器件的影响:构成双极型半导体器件的基本单元 P-N 结对温度的变化很敏感 , 当 P-N 结反向偏置时 , 由少数载流子形成的反向漏电流受温度的变化影响 , 其关系为:
式中:ICQ―――温度 T0C 时的反向漏电流
ICQR――温度 TR℃时的反向漏电流
T-TR――温度变化的绝对值
由上式可以看出 , 温度每升高 10℃ , ICQ 将增加一倍 。这将造成晶体管放大器的工作点发生漂移、晶体管电流放大系数发生变化、特性曲线发生变化 , 动态范围变小 。
温度与允许功耗的关系如下:
式中:PCM―――最大允许功耗
TjM―――最高允许结温
T――――使用环境温度
RT―――热阻
由上式可以看出 , 温度的升高将使晶体管的最大允许功耗下降 。
由于 P-N 结的正向压降受温度的影响较大 , 所以用 P-N 为基本单元构成的双极型半导体逻辑元件(TTL、HTL 等集成电路)的电压传输特性和抗干扰度也与温度有密切的关系 。当温度升高时 , P-N 结的正向压降减小 , 其开门和关门电平都将减小 , 这就使得元件的低电平抗干扰电压容限随温度的升高而变小;高电平抗干扰电压容限随温度的升高而增大 , 造成输出电平偏移、波形失真、稳态失调 , 甚至热击穿 。
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2.1 温度变化对电阻的影响
温度变化对电阻的影响主要是温度升高时 , 电阻的热噪声增加 , 阻值偏离标称值 , 允许耗散概率下降等 。比如 , RXT 系列的碳膜电阻在温度升高到 100℃时 , 允许的耗散概率仅为标称值的 20% 。
但我们也可以利用电阻的这一特性 , 比如 , 有经过特殊设计的一类电阻:PTC(正温度系数热敏电阻)和 NTC(负温度系数热敏电阻) , 它们的阻值受温度的影响很大 。
对于 PTC , 当其温度升高到某一阈值时 , 其电阻值会急剧增大 。利用这一特性 , 可将其用在电路板的过流保护电路中 , 当由于某种故障造成通过它的电流增加到其阈值电流后 , PTC 的温度急剧升高 , 同时 , 其电阻值变大 , 限制通过它的电流 , 达到对电路的保护 。而故障排除后 , 通过它的电流减小 , PTC 的温度恢复正常 , 同时 , 其电阻值也恢复到其正常值 。
对于 NTC , 它的特点是其电阻值随温度的升高而减小 。
2.2 温度变化对电容的影响
温度变化将引起电容的到介质损耗变化 , 从而影响其使用寿命 。温度每升高 10℃时 , 电容器的寿命就降低 50% , 同时还引起阻容时间常数变化 , 甚至发生因介质损耗过大而热击穿的情况 。
此外 , 温度升高也将使电感线圈、变压器、扼流圈等的绝缘性能下降 。
3、湿度导致失效
湿度过高 , 当含有酸碱性的灰尘落到电路板上时 , 将腐蚀元器件的焊点与接线处 , 造成焊点脱落 , 接头断裂 。
湿度过高也是引起漏电耦合的主要原因 。
【|导致元器件失效的原因有哪些?】而湿度过低又容易产生静电 , 所以环境的湿度应控制在合理的水平 。
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4、过高电压导致器件失效
施加在元器件上的电压稳定性是保证元器件正常工作的重要条件 。过高的电压会增加元器件的热损耗 , 甚至造成电击穿 。对于电容器而言 , 其失效率正比于电容电压的 5 次幂 。对于集成电路而言 , 超过其最大允许电压值的电压将造成器件的直接损坏 。
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