引言

電感器作為電子線路核心元器件之一，主要作用于穩(wěn)定電流、篩選信號、過濾噪音、抑制電磁波干擾等，在汽車、電子、家電、光伏、通信、工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。在實際生產(chǎn)與應(yīng)用過程中，因結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料工藝、焊錫不良等原因?qū)е碌碾姼虚_路、短路等失效問題發(fā)生，常給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

本文以電感開路失效為例，通過外觀檢查、CT檢測、切片分析等測試方法，分析其失效原因與機理，并提出改善建議。

一、案例背景

某型號濾波器在客戶端使用一段時間后出現(xiàn)失效，定位為電感開路失效?，F(xiàn)進(jìn)行分析測試，查找其失效原因。

二、分析過程

1. 外觀檢查

電感焊接爬錫正常，其中NG樣品一端有手工加錫現(xiàn)象，外觀未見開裂異常，說明電感在電路中開路失效與焊接不良無關(guān)。

圖1. NG樣品外觀

2. 失效現(xiàn)象確認(rèn)

對市場返回的失效樣品進(jìn)行電參數(shù)測試，確認(rèn)失效現(xiàn)象。

測試結(jié)果顯示：NG樣品阻值明顯異常，說明NG1樣品明顯失效，這與委托方反饋的失效現(xiàn)象一致，NG1樣品阻值比OK正常樣品偏大不明顯。

3. CT掃描

為確認(rèn)失效樣品端電極焊接以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在明顯異常，對NG樣品進(jìn)行CT掃描。

掃描結(jié)果顯示：失效樣品結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)部走線未發(fā)現(xiàn)明顯的斷裂，缺失等異?，F(xiàn)象。焊接點無明顯開裂的現(xiàn)象。

圖2. NG樣品 CT虛擬切片照片

4. 開路點定位

為確認(rèn)樣品開路的位置，對NG樣品進(jìn)行開路點的定位。

定位結(jié)果：NG樣品總共18層線路，從下往上，第5層與第6層之間開路，對比CT切片，第5層第6層走線并無異常，懷疑第5層與第6層連接的“三明治”結(jié)構(gòu)開路。進(jìn)一步研磨并二次探針測量，確認(rèn)結(jié)果仍為：從下往上，NG樣品第5層與第6層之間開路。

圖3. NG樣品定位開路的上下兩層虛擬切片照片

5. 切片分析

對NG樣品進(jìn)行進(jìn)一步研磨，在研磨過程中，多次確認(rèn)NG樣品 是第4、5層之間，第5、6層之間連接的“三明治”結(jié)構(gòu)的中間層與上層或下層中的一層正常通過焊接形成了有效連接，但是“三明治”結(jié)構(gòu)的中間層與另外的一層未形成有效連接，只有局部有點接觸的弱連接。

圖4. NG樣品研磨過程，關(guān)注從下到上第5層與第6層連接

利用離子研磨CP拋光處理后轉(zhuǎn)SEM觀察，“三明治”結(jié)構(gòu)的中間層與上層弱連接位置存在被陶瓷本體材料填充，并有細(xì)小縫隙，其他位置均有明顯縫隙未形成良好的連接，屬于工藝缺陷。

圖5. NG樣品第5層與第6層連接三明治結(jié)構(gòu)中間層與上層之間SEM形貌

圖6. NG樣品三明治結(jié)構(gòu)中間層與上層有效連接示例

圖7. NG樣品第5層與第6層連接三明治結(jié)構(gòu)弱連接部位

圖8. NG樣品三明治結(jié)構(gòu)中間層與下層之間未形成有效連接部位

圖9. NG樣品三明治結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)現(xiàn)弱連接

對OK樣品電感進(jìn)行縱切觀察“三明治”結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)良品的 “三明治”結(jié)構(gòu)中間層與上層或下層之間是多點接觸連接。

圖10. OK樣品連接點三明治結(jié)構(gòu)典型形貌

三、總結(jié)分析

外觀檢查未發(fā)現(xiàn)電感在電路中有焊接不良的現(xiàn)象，可排除焊接不良導(dǎo)致的電感在電路中失效。

通過CT掃描，發(fā)現(xiàn)電感內(nèi)部走線完整，未發(fā)現(xiàn)斷裂，缺失等異常現(xiàn)象。通過對CT掃描的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)電感內(nèi)部各層通過內(nèi)部類似三明治結(jié)構(gòu)的節(jié)點進(jìn)行連接。

從電感的側(cè)面進(jìn)行切片分析，發(fā)現(xiàn)NG樣品的4~5層、5~6層之間存在阻抗異常，而CT掃描結(jié)構(gòu)顯示失效電感內(nèi)部走線未發(fā)現(xiàn)異常，分析是電感內(nèi)部各層之間的連接節(jié)點存在開路或者弱連接的現(xiàn)象。

根據(jù)定位的結(jié)果，繼續(xù)研磨到失效電感各層連接的節(jié)點部位，通過多次切片確認(rèn)發(fā)現(xiàn)：NG樣品 “三明治”結(jié)構(gòu)的節(jié)點部位未發(fā)現(xiàn)有效連接，但存在弱連接的現(xiàn)象。正常“三明治”結(jié)構(gòu)的上層、下層與中間層正常通過焊接形成了有效連接，但是失效樣品“三明治”結(jié)構(gòu)的中間層與上層或下層中的一層未形成有效連接，只有局部有點接觸的弱連接，這屬于電感制造工藝缺陷。觀察良品樣品“三明治”結(jié)構(gòu)，可以看到良品樣品的 “三明治”結(jié)構(gòu)中間層與上層或下層之間是多點接觸連接。

失效電感是在市場使用一段時間出現(xiàn)失效的，而弱連接部位未發(fā)現(xiàn)裂紋，燒毀等異常現(xiàn)象，電感本身在該部位存在質(zhì)量缺陷，在使用一段時間后內(nèi)應(yīng)力的作用下導(dǎo)致弱連接部位形成開路或高阻抗?fàn)顟B(tài)。

四、結(jié)論與建議

電感開路或高阻失效的原因是電感內(nèi)部“三明治”結(jié)構(gòu)的中間層與上層或下層中的其中一層未形成有效連接，此缺陷為電感來料缺陷導(dǎo)致。

改善建議

1. 通過DPA加強來料檢驗進(jìn)行攔截；

2. 更換質(zhì)量更好的物料。

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