电路失效的影响因素分析方法

bekindasd · 发表于 2022-8-30 10:20

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在电路板卡的失效根因分析过程中，经过失效机理分析后，一般会采用影响因素验证的方法，对可能引起电路失效的外部和内部原因进行讨论和试验激发，并得到最终的失效原因。其中，电路内部的影响因素通常与部分关键器件存在紧密联系，这就要求我们对电路中每个单元、每个关键器件的功能和失效影响有充分的了解。基于电路的工作原理，结合失效背景信息和典型的失效模式，对引起电路失效的可能因素进行分析，是推动失效机理分析和影响因素验证工作开展的重要环节，如图1所示。本文以图腾柱驱动电路为例，针对电路无法输出高电平的失效表现，基于电路分析，得到失效的可能因素，为根因分析工作的开展打下基础。

图1 根因分析流程与影响因素分析的关系

1 电路分析

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图2为图腾柱驱动电路。该电路一般接收来自光耦、变压器等的副边信号，输出经过电流放大的驱动信号。在外接负载的情况下，当输入高电平时，上管Q1饱和导通，下管Q2截止。此时，二极管D2正向导通，负载电流通过Q1对功率MOS管（Q3）的栅极电容充电。在Q3逐渐导通的过程中，D2阳极的电压降低而进入反向关断状态，此时电容C1充当电源，继续为Q3提供驱动电流。在开通的最后阶段，Q3栅极电流下降到0。D1可为Q3栅极提供钳位保护，防止击穿。R1的功能是在输入电流接近于0时，将Q3的栅极电压继续拉高至输入信号的高电平电压。

图2 图腾柱驱动电路

2. 引起失效的影响因素分析

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由上述分析可知，晶体管Q1、Q2、二极管D1、D2、电容器C1和电阻器R2是电路输出高电平的关键器件。若电路出现无法输出高电平的故障，则应重点考虑是否由这些器件的某些失效所引起，其失效影响因素分析示意见图3。根据失效因素分析结果，可以提前根据电路故障模式进行判断，有针对性地对可能原因X1～X6进行排查，快速分析出失效机理。然后，再结合失效背景信息，对该分析结果做进一步的细化，确定相关的外部因素。

图3 失效影响因素分析（无法输出高电平故障）

3 案例与后续工作

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某款图腾柱驱动电路模块长期工作于湿热环境中，其常见的失效模式为无法输出高电平，其电路结构与图2类似。根据图3，对各关键器件的I-V特性逐一进行排查，确定失效样品的二极管D2反向漏电失效。外部目检可见D2内部电极脏污变色，见图4。将D2开封后观察，发现芯片边缘附着铜屑，焊点上可检测到氯元素，周围存在银迁移现象，见图5。二极管在湿热环境中易于遭受水汽侵入，银焊料发生电化学迁移，且由于电极金属受到腐蚀脱落后附着在芯片边缘，在二极管阴极与阳极之间形成搭接，导致反向漏电增大，造成图腾柱驱动电路无法输出高电平。结合背景信息，可知样品的失效原因与湿热的环境条件密切相关。因此除了针对D2进行分析外，还要注意到D1、R2等同样是易于因水汽侵入而失效的器件。对它们的退化情况进行对比分析，才能提出有效的改进措施，全面地解决问题，如图6所示。

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图4 模块F1#中二极管D2外观形貌	图5 模块F1#中二极管D2芯片形貌
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图6 基于失效机理的进一步分析，高亮所示机理与湿热环境直接相关
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图7 模块F1#中电阻R2外观形貌	图8 模块F1#中R2内部电阻膜形貌

根据图6，对F1#中器件进行进一步排查，发现R2的电阻值比标称值偏大10%。目检显示其外保护层存在裂纹，开封后确认其电阻膜形貌呈现腐蚀、脱落特征，如图7、图8所示。说明电阻R2存在参数漂移的退化特征，虽然尚未达到造成电路失效的程度，但也存在导致电路无法输出高电平的风险。因此，在湿热环境下，器件由于水汽侵入而发生银迁移、腐蚀等失效，是该电路出现故障的主要风险。下一步可利用潮热试验、盐雾试验等手段，开展影响因素验证工作，并对失效率较高的器件提出整改建议。
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4 小结

通过失效影响因素分析，不仅能够快速定位电路中的失效器件及其失效模式，还可结合具体失效机理，进一步分析其他器件的失效风险，有助于根因分析的后续工作开展。

somethingabc · 发表于 2022-8-30 13:15

失效分析很有用的

瞪郜望源_21 · 发表于 2022-8-30 15:35

不错不错，很是专业和地道，值得好好学习下

modengxian111 · 发表于 2022-8-30 15:40

可以快速确定失效器件和模式

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