貼片電感失效的五大原因

貼片電感失效，主要?dú)w因于五個方面：耐焊性不佳、可焊性缺失、焊接過程中出現(xiàn)問題、上機(jī)運(yùn)行時的開路故障以及磁路破損。接下來，我們將逐一深入探討這五個方面的具體原因。

在深入分析之前，我們首先需要了解電感失效的各種模式以及貼片電感失效的內(nèi)在機(jī)理。電感器可能出現(xiàn)的失效模式包括電感量和其他性能的超差、開路和短路。而貼片功率電感失效，則可能與磁芯在加工過程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力、磁芯內(nèi)的雜質(zhì)或空洞、燒結(jié)后產(chǎn)生的裂紋、銅線與銅帶浸焊連接時的短路以及纖細(xì)銅線在與銅帶連接時的假焊等問題有關(guān)。

一、耐焊性

低頻貼片功率電感在經(jīng)過回流焊后，其感量可能會上升，但上升幅度應(yīng)控制在20%以內(nèi)。這是因?yàn)榛亓骱傅臏囟瘸^了低頻貼片電感材料的居里溫度，導(dǎo)致退磁現(xiàn)象。退磁后，貼片電感材料的磁導(dǎo)率會恢復(fù)到最大值，進(jìn)而導(dǎo)致感量上升。因此，在貼片工藝中，我們需要特別關(guān)注耐焊性的問題，尤其是在對貼片電感感量精度要求較高的地方，如信號接收發(fā)射電路。

二、可焊性

在回流焊的過程中，金屬銀(Ag)會與金屬錫(Sn)發(fā)生反應(yīng)，形成共熔物。為了避免這種情況對貼片電感的影響，我們通常會在銀端頭上先鍍一層鎳(約2um厚)作為隔絕層，然后再鍍錫(4-8um厚)。這樣的設(shè)計(jì)可以確保貼片電感在回流焊過程中保持良好的可焊性。

將待測的貼片電感端頭用酒精清洗后，浸入熔化的焊錫中約4秒，隨后取出。若貼片電感端頭的焊錫覆蓋率達(dá)到90%以上，則可判定其可焊性合格。

可焊性不良可能由以下原因造成：

端頭氧化：貼片電感在高溫、潮濕環(huán)境或長時間保存下，可能受到SO2、NO2等氧化性氣體的影響，導(dǎo)致端頭金屬Sn氧化為SnO2，使端頭變暗，進(jìn)而影響可焊性。此外，端頭被油性物質(zhì)、溶劑等污染也會降低可焊性。

鍍鎳層過薄：若在鍍鎳過程中，鎳層厚度不足，無法有效隔離Sn和Ag的反應(yīng)，這將在回流焊時導(dǎo)致Sn和Ag優(yōu)先反應(yīng)，影響Sn與焊盤上的焊膏共熔，從而引發(fā)吃銀現(xiàn)象，降低貼片電感的可焊性。

焊接不良：貼片電感在制作過程中可能產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力若未得到妥善消除，回流焊時，這些內(nèi)應(yīng)力可能導(dǎo)致貼片電感發(fā)生立片現(xiàn)象，俗稱立碑效應(yīng)，這也會影響貼片電感的可焊性。

判斷貼片電感是否存在顯著的內(nèi)應(yīng)力，可以采用一個簡易的方法：將數(shù)百只貼片電感置于普通烤箱或低溫爐內(nèi)，升溫至約230℃，并保持恒溫。在此過程中，若觀察到爐內(nèi)發(fā)出噼噼叭叭的聲響，甚至有電感片跳起，則表明這些產(chǎn)品存在較大的內(nèi)應(yīng)力。

此外，貼片電感的變形情況也值得關(guān)注。若產(chǎn)品在焊接前就已出現(xiàn)彎曲變形，那么在焊接過程中，這種變形可能會被放大，從而影響焊接質(zhì)量。同時，也要留意是否存在焊接不良或虛焊的情況，以確保貼片電感的可焊性達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

④焊盤設(shè)計(jì)不當(dāng)

a. 焊盤兩端應(yīng)保持對稱設(shè)計(jì)，避免尺寸差異，以確保熔融時間和潤濕力的一致性。

b. 焊合長度需達(dá)到0.3mm以上，即貼片電感的金屬端頭與焊盤的重合長度應(yīng)滿足此要求。

c. 焊盤余地長度應(yīng)盡可能小，通常不超過0.5mm，以優(yōu)化焊接效果。

d. 焊盤本身的寬度不宜過寬，其合理寬度應(yīng)控制在不超過MLCI寬度的0.25mm以內(nèi)。

⑤貼片不良

當(dāng)貼片過程中因焊墊不平或焊膏滑動導(dǎo)致貼片電感發(fā)生θ角偏移時，可能會面臨三種情況：自行歸正、拉斜或單點(diǎn)拉正。為減少此類問題，可采用帶θ角偏移視覺檢測的貼片機(jī)。

⑥焊接溫度

回流焊機(jī)的焊接溫度曲線應(yīng)根據(jù)焊料特性進(jìn)行設(shè)定，以確保貼片電感兩端的焊料能同時熔融，從而避免因潤濕力不同而導(dǎo)致的移位問題。若出現(xiàn)焊接不良，需檢查回流焊機(jī)溫度是否異?；蚝噶鲜欠褡兏?。

此外，貼片電感在急冷、急熱或局部加熱環(huán)境下容易破損，因此焊接時必須嚴(yán)格控制溫度，并盡量縮短焊接接觸時間。

四、上機(jī)開路

虛焊和焊接接觸不良可能導(dǎo)致貼片電感性能問題。同時，電流燒穿也是一個潛在風(fēng)險(xiǎn)，特別是在選取的貼片電感磁珠額定電流較小或電路中存在大沖擊電流時。此外，焊接開路也可能發(fā)生，特別是在回流焊時因急冷急熱導(dǎo)致貼片電感內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力時。

導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)變化：

薄膜電阻器的導(dǎo)電膜層一般用汽相淀積方法獲得，在一定程度上存在無定型結(jié)構(gòu)。按熱力學(xué)觀點(diǎn)，無定型結(jié)構(gòu)均有結(jié)晶化趨勢。在工作條件或環(huán)境條件下，導(dǎo)電膜層中的無定型結(jié)構(gòu)均以一定的速度趨向結(jié)晶化，也即導(dǎo)電材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于致密化，能常會引起電阻值的下降。結(jié)晶化速度隨溫度升高而加快。

電阻線或電阻膜在制備過程中都會承受機(jī)械應(yīng)力，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，線徑愈小或膜層愈薄，應(yīng)力影響愈顯著。一般可采用熱處理方法消除內(nèi)應(yīng)力，殘余內(nèi)應(yīng)力則可能在長時間使用過程中逐步消除，電阻器的阻值則可能因此發(fā)生變化。

結(jié)晶化過程和內(nèi)應(yīng)力清除過程均隨時間推移而減緩，但不可能在電阻器使用期間終止?？梢哉J(rèn)為在電阻器工作期內(nèi)這兩個過程以近似恒定的速度進(jìn)行。與它們有關(guān)的阻值變化約占原阻值的千分之幾。

電負(fù)荷高溫老化：任何情況，電負(fù)荷均會加速電阻器老化進(jìn)程，并且電負(fù)荷對加速電阻器老化的作用比升高溫度的加速老化后果更顯著，原因是電阻體與引線帽接觸部分的溫升超過了電阻體的平均溫升。通常溫度每升高10℃，壽命縮短一半。如果過負(fù)荷使電阻器溫升超過額定負(fù)荷時溫升50℃，則電阻器的壽命僅為正常情況下壽命的1/32?？赏ㄟ^不到四個月的加速壽命試驗(yàn)，即可考核電阻器在10年期間的工作穩(wěn)定性。

直流負(fù)荷—電解作用：直流負(fù)荷作用下，電解作用導(dǎo)致電阻器老化。電解發(fā)生在刻槽電阻器槽內(nèi)，電阻基體所含的堿金屬離子在槽間電場中位移，產(chǎn)生離子電流。濕氣存在時，電解過程更為劇烈。如果電阻膜是碳膜或金屬膜，則主要是電解氧化;如果電阻膜是金屬氧化膜，則主要是電解還原。對于高阻薄膜電阻器，電解作用的后果可使阻值增大，沿槽螺旋的一側(cè)可能出現(xiàn)薄膜破壞現(xiàn)象。在潮熱環(huán)境下進(jìn)行直流負(fù)荷試驗(yàn)，可全面考核電阻器基體材料與膜層的抗氧化或抗還原性能，以及保護(hù)層的防潮性能。

有一批現(xiàn)場儀表在某化工廠使用一年后，儀表紛紛出現(xiàn)故障。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)儀表中使用的厚膜貼片電阻阻值變大了，甚至變成開路了。把失效的電阻放到顯微鏡下觀察，可以發(fā)現(xiàn)電阻電極邊緣出現(xiàn)了黑色結(jié)晶物質(zhì)，進(jìn)一步分析成分發(fā)現(xiàn)，黑色物質(zhì)是硫化銀晶體。原來電阻被來自空氣中的硫給腐蝕了。

氣體吸附與解吸：

膜式電阻器的電阻膜在晶粒邊界上，或?qū)щ婎w粒和黏結(jié)劑部分，總可能吸附非常少量的氣體，它們構(gòu)成了晶粒之間的中間層，阻礙了導(dǎo)電顆粒之間的接觸，從而明顯影響阻值。

合成膜電阻器是在常壓下制成，在真空或低氣壓工作時，將解吸部分附氣體，改善了導(dǎo)電顆粒之間的接觸，使阻值下降。同樣，在真空中制成的熱分解碳膜電阻器直接在正常環(huán)境條件下工作時，將因氣壓升高而吸附部分氣體，使阻值增大。如果將未刻的半成品預(yù)置在常壓下適當(dāng)時間，則會提高電阻器成品的阻值穩(wěn)定性。

溫度和氣壓是影響氣體吸附與解吸的主要環(huán)境因素。對于物理吸附，降溫可增加平衡吸附量，升溫則反之。由于氣體吸附與解吸發(fā)生在電阻體的表面。所以對膜式電阻器的影響較為顯著。阻值變化可達(dá)1%~2%。

氧化：

氧化是長期起作用的因素(與吸附不同)，氧化過程是由電阻體表面開始，逐步向內(nèi)部深入。除了貴金屬與合金薄膜電阻外，其他材料的電阻體均會受到空氣中氧的影響。氧化的結(jié)果是阻值增大。電阻膜層愈薄，氧化影響就更明顯。

防止氧化的根本措施是密封(金屬、陶瓷、玻璃等無機(jī)材料)。采用有機(jī)材料(塑料、樹脂等)涂覆或灌封，不能完全防止保護(hù)層透濕或透氣，雖能起到延緩氧化或吸附氣體的作用，但也會帶來與有機(jī)保護(hù)層有關(guān)的些新的老化因素。

有機(jī)保護(hù)層的影響：

有機(jī)保護(hù)層形成過程中，放出縮聚作用的揮發(fā)物或溶劑蒸氣。熱處理過程使部分揮發(fā)物擴(kuò)散到電阻體中，引起阻值上升。此過程雖可持續(xù)1~2年，但顯著影響阻值的時間約為2~8個月，為了保證成品的阻值穩(wěn)定性，把產(chǎn)品在庫房中擱置一段時間再出廠是比較適宜的。

機(jī)械損傷：

電阻的可靠很大程度上取決于電阻器的機(jī)械性能。電阻體、引線帽和引出線等均應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，基體缺陷、引線帽損壞或引線斷裂均可導(dǎo)致電阻器失效。

電感本質(zhì)

我們通常所說的電感指的是電感器件，它是用絕緣導(dǎo)線(例如漆包線,沙包線等)繞制而成的電磁感應(yīng)元件。

在電路中，當(dāng)電流流過導(dǎo)體時，會產(chǎn)生電磁場，電磁場的大小除以電流的大小就是電感。

電感是衡量線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)能力的物理量。給一個線圈通入電流，線圈周圍就會產(chǎn)生磁場，線圈就有磁通量通過。通入線圈的電源越大，磁場就越強(qiáng)，通過線圈的磁通量就越大。實(shí)驗(yàn)證明，通過線圈的磁通量和通入的電流是成正比的，它們的比值叫做自感系數(shù)，也叫做電感。

電感分類

按電感形式 分類：固定電感、可變電感。

按導(dǎo)磁體性質(zhì)分類：空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈。

按工作性質(zhì) 分類：天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉(zhuǎn)線圈。

按繞線結(jié)構(gòu) 分類：單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈。

按工作頻率 分類：高頻線圈、低頻線圈。

按結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 分類：磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無磁芯線圈等。

空心電感,磁芯電感和銅芯電感一般為中頻或高頻電感而鐵心電感多數(shù)為低頻電感

電感的材質(zhì)及工藝

電感器一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁心等組成。

1)骨架：泛指繞制線圈的支架。通常是采用塑料、膠木、陶瓷制成，根據(jù)實(shí)際需要可以制成不同的形狀。小型電感器一般不使用骨架，而是直接將漆包線繞在磁心上?？招碾姼衅鞑挥么判?、骨架和屏蔽罩等，而是先在模具上繞好后再 脫去模具，并將線圈各圈之間拉開一定距離。

2)繞組：指具有規(guī)定功能的一組線圈，有單層和多層之分。單層有密繞和間繞兩種形式;多層有分層平繞、亂繞、蜂 房式繞法等多種。

3)磁心：一般采用鎳鋅鐵氧體或錳鋅鐵氧體等材料，它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多種形狀。

鐵心：主要有硅鋼片、坡莫合金等，其外形多為“E”型。

4)屏蔽罩：用于為避免有些電感器在工作時產(chǎn)生的磁場影響其它電路及元器件正常工作。采用屏蔽罩的電感器，會增加線圈的損耗，使Q值降低。

5)封裝材料：有些電感器(如色碼電感器、色環(huán)電感器等)繞制好后，用封裝材料將線圈和磁心等密封起來。封裝材料采用塑料或環(huán)氧樹脂等。