临界极限应力的失效

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元器件的“寿命相关极限应力”(如最大工作电流、功率等)是一种极限应力，但这种应力没有明显的应力失效点，而往往于产品寿命相关，使用应力在产品的应力范围内，则产品的寿命指标是有效的，超出产品的应力指标，则使用寿命将明显缩短。

在民用产品中，由于造价的问题，临界的使用、甚至超额使用是常有的事，严重的时候，在整机工艺过程中就已经有失效的表现，有的则在产品使用一段时间后才陆续出现失效，视应力超额程度以及不同应力之间的相互影响有关。

某公司生产的电磁炉在某时间段生产的电磁炉维修率异常波动，失效率是以往产品的 2~3 倍，而失效率增大的贡献均为 IGBT(双极型场效应管一电磁炉的功率管)引起的失效。

经分析发现，失效的 IGBT 芯片上的失效表现非常一致，均呈现过电流、过功率、或过功率的失效特征，见图 2-17。

经过强电流、功率、和高温应力的模拟试验，可试验失效的 IGBT 芯片的失效特征。可见，强电流模拟试验的结果与使用失效的失效特征一致，说明本次使用使用的 IGBT 的失效属于过电流失效。

大失效率时段和以前使用的 IGBT 均为 PHLIP 公司的产品，但高失效时段的 IGBT 是新型号产品，是原来型号的升级产品，对比升级前后的 IGBT 的产品规范，发现失效时段使用的 IGBT 的功能指标不仅没有下降，反而，失效时段的 IGBT 的功率指标从原来的 175W 提高到 330W。从参数指标来说，新型号产品在相同的电路上使用，其可靠性应该更高，但实际使用新型号的失效率显著增大。

通过新、老型号产品的解剖分析可见，老型号的 IGBT 中，反向释放二极管是独立芯片，而新型号 IGBT 释放二极管将释放二：极管集成到一一个芯片中，但新型号的 IGBT 的芯片面积并没有增大，与老型号的 IGBT 的芯片面积一样，见 2-19，因此，从电流能力来说，新型号 IGBT 芯片小于老型号 IGBT 的芯片。

所以，新型号的 IGBT 更容易出现过电流烧毁的问题。

在实际改进中，或采用更大电流能力的 IGBT，或适当降低电磁炉的功率，即降低电磁炉的电流。

本案例可见，在选用新型号元器件的时候，不仅要关注产品的指标规范，还要关注两方面的问题，第一、新型号元器件那些指标参数有改变，这些改变的参数对整机产品的潜在影响；第二、还要关注产品内部结构是否也发生改变。通常情况下，新型号或同型号的产品在设计、内部结构、材料、以及工艺发生改变，其产品的规范上不提供相应改变的内容。但一旦内部结构发生改变，可能引起某些参数的实质性下降，但没有超出原来产品规范的规定。因此，新型号产品分析其内部的变化,这些变化对产品性能可能产生什么影响,尤其是对诸如最大电流、最大功率之类的“寿命相关极限应力”指标的影响，因为此类指标不是应力超过指标就烧毁，而是应力越强，产品寿命越短。如果产品在使用中已经临界甚至超指标使用，一旦新型号产品内部结构改变对这些指标有负面影响，显然，产品的失效率将显著增大。

另外，电路元器件失效还有跟整机装配工艺，比如：再流焊热变、室温过高、塑料封装 IC、外部装配等引起机械应力影响有关，以及元器件固有机理有关，比如：如集成电路金属化铝条电迁移失效，静电放电损伤失效, CMOS集成电路的闩锁效应失效，多层陶瓷电容器低电压失效，银电极的银迁移失效等等。

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应力失效在工艺里挺常见的