電感零件常見失效模式及分析手法簡介

2020-11-24 EDN電子設計技術

電感定義：電感是導線內通過交流電流時，在導線的內部及其周圍產生交變磁通，導線的磁通量與產生此磁通量的電流成之比。Iooednc

電感分類：按照大類分，電感可以分為功率電感，晶片電感和軸向電感。而功率電感又分為傳統環形，組合型，一體成型喝薄型工字型。功率電感有著以下的特點：1.功率電感以臺系廠商為主流，在耐大電流和Low Profile電感部分日美企業技術領先，主要為磁芯材料研究差異。2.因人力成本，環形電感會逐漸被取代。3.產品結構演進主要為了滿足處理器功耗，增大同時要求組件功耗降低的需求。4.主要材料為鐵粉芯和鐵氧體鎳鋅係為主。晶片電感分為迭層型，繞線型和薄膜型; 晶片電感又有著以下特點：1.迭層型臺系引進的較早，技術成熟，目前為主流。2.繞線型因需高精密度繞線機投資，所以規模效應主要集中在日美企業，臺系產能相對較小。3.薄膜型臺系目前出於引進研究階段，產能較小；軸向電感分為色環電感，主要在家電產品中使用。 Iooednc

常見失效模式：常見的失效模式主要分以下幾個方面考慮：1.設計/結構2.原材料3.製程4.電性特性5.焊錫不良。設計結構方面的現象一般有飽和/溫升特性差、繞線繞線短路或鐵芯絕緣性差、鐵芯裂紋、引腳尺寸偏差過大等原因，對此改善和應對的措施主要為選擇的電感額定電流必須要高於電路中最大電流1.5倍,外觀尺寸檢驗,絕緣耐壓測試 。原材料方面的現象一般有鐵芯磁導率較低,溫度特性差、銅線耐溫等級不夠、磁芯強度差、Base電鍍不良等, 對此改善和應對的措施為鐵芯和銅線材料特性資料，電性、可焊性測試報告。製程方面的現象為鐵芯或漆包線破損、鐵芯脫落、焊錫不良、印字殘缺模糊等 ，對此改善和應對的措施為加強防護和巡檢, 改善製程/治具 。電性特性的現象為L,DCR,Idc,Isat,Q,SRF out of Spec. 對此改善和應對的措施主要為100%電性測試/定時抽檢。焊錫不良的現象為Pad氧化/電鍍Sn層偏低、端面磨損/異物附著、產品底部平整度不佳/底部料片偏移等，對此改善和應對的措施為原材料廠商提供電鍍報告，可焊性測試驗證。Iooednc

失效分析步驟：

(1) ICT/FCT測試中常見異常分析---OPEN/SHORT：Iooednc

  1. 與原物料相關------ 產品特性不良(RDC偏大/IDC偏小)；線圈有線傷；
  2. 與製程應用相關------ 測試時開機瞬間電流過大/電壓不穩；產品應用不匹

(2).問題分析流程  Iooednc

不良品外觀檢查確認(非破壞)Iooednc

2. 不良品/良品電氣特性比對確認(非破壞)Iooednc

經過電氣測試確認：Iooednc

2pcs不良品電感值都小於規格要求的33uH±20%的範圍，DCR明顯小於規格值0.35(Ω) max.基本判斷不良品為Short Fail。Iooednc

(3).不良品進一步Wire拆解分析(破壞)Iooednc

(4). Core驗證分析(破壞)Iooednc

Core外觀檢查OK,不良品與庫存新品拆解進行對比分析Iooednc

將拆解後的庫存新品的Wire 繞制上在不良品之Core 上，感值恢復為29.8uH；Iooednc

將拆解後的不良品的Wire 繞制上在庫存新品之Core 上，感值為17.1uH，同樣出現感值偏低現象。Iooednc

因此初步排除Core 不良之原因，不良的問題點是出現在Wire方面。Iooednc

經典案例分享:

1 .晶片電感Iooednc

機械/外力異常分析---本體Crac k裂痕或破損： Iooednc

2 .功率電感Iooednc

電氣異常分析---內電極熔化Crack裂痕開路： Iooednc

電氣異常分析---繞線熔化燒焦致開路或層間短路：Iooednc

總結:

(1)熟知零件的組成結構，材料，製程和特性Iooednc

(2)FA一般流程Iooednc

第一步：弄清零件異常的背景：Iooednc

  • 例如：不良率，異常現象，零件Date Code, 發生不良的流程，PCB上 發生異常的位置，終端產品及客戶等 

第二步：無損檢查Iooednc

  • 外觀檢查（六面顯微境下觀察：變形、破損、變色、異物、開/短路、燒融等）；以上若無法斷定，可以找良品或其他家的零件與其比對檢查
  • X-Ray 分析/SAM超聲波掃描: 檢查零件內部有無明顯異常（開/短路，分層，內部有空洞/汽泡等）
  • SEM EDS成份分析---若外觀發現有異物

第三步：電性檢查Iooednc

  • 能從基本電性來初步推斷零件的失效的可能原因和失效現象：
  •  這裡得清楚零件每個電性參數的含義，以及導致某個參數偏大或偏小的可能原因有哪些？

第四步：破壞性分析DPAIooednc

  • 切片、零件拆解：
  • 切片的方法：
  • 怎麼切？方向和位置如何來確定？
  • 以下圖片就是切片的方向和位置

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(本文由質鏈網供稿，本站對文中陳述、觀點保持中立；責編：Demi Xia) Iooednc

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