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)等領域應用較為廣泛。在實際生產與應用過程中，因結構設計、材料工藝、焊錫不良等原因導致的電感開路、短路等失效問題發(fā)生，常給企業(yè)帶來巨大的經濟損失。

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。現(xiàn)進行分析測試，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。

圖1. NG樣品外觀

2. 失效現(xiàn)象確認

對市場返回的失效樣品進行電參數(shù)測試，確認失效現(xiàn)象。

測試結果顯示：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

為確認失效樣品端電極焊接以及內部結構是否存在明顯異常，對NG樣品進行CT掃描。

掃描結果顯示：失效樣品結構完整，內部走線未發(fā)現(xiàn)明顯的斷裂，缺失等異常現(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

為確認樣品開路的位置，對NG樣品進行開路點的定位。

定位結果：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”結構開路。進一步研磨并二次探針測量，確認結果仍為：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樣品進行進一步研磨，在研磨過程中，多次確認NG樣品 是第4、5層之間，第5、6層之間連接的“三明治”結構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”結構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SEM觀察，“三明治”結構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層連接三明治結構中間層與上層之間SEM形貌

圖6. NG樣品三明治結構中間層與上層有效連接示例

圖7. NG樣品第5層與第6層連接三明治結構弱連接部位

圖8. NG樣品三明治結構中間層與下層之間未形成有效連接部位

圖9. NG樣品三明治結構內部發(fā)現(xiàn)弱連接

對OK樣品電感進行縱切觀察“三明治”結構，發(fā)現(xiàn)良品的 “三明治”結構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構典型形貌

三、總結分析

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

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

從電感的側面進行切片分析，發(fā)現(xiàn)NG樣品的4~5層、5~6層之間存在阻抗異常，而CT掃描結構顯示失效電感內部走線未發(fā)現(xiàn)異常，分析是電感內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，通過多次切片確認發(fā)現(xiàn)：NG樣品 “三明治”結構的節(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”結構的上層、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”結構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”結構，可以看到良品樣品的 “三明治”結構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量缺陷，在使用一段時間后內應力的作用下導致弱連接部位形成開路或高阻抗狀態(tài)。

四、結論與建議

電感開路或高阻失效的原因是電感內部“三明治”結構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致。

改善建議

1. 通過DPA加強來料檢驗進行攔截；

2. 更換質量更好的物料。

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