哪些是最常见的电子元件故障？

已创建：December 7, 2021
已更新：July 1, 2024

在为新电路板选择元件时，人们往往更加关注板级可靠性，仿佛这能确保元件级的可靠性并防止零件故障。这在一定程度上是正确的：智能电路板设计和PCBA决策可以抑制或防止可能导致元件故障的问题。然而，某些情况下，有些元件本身就比其他元件更容易出现故障。还有另一种做法加剧了元件故障的问题。对于许多产品来说，当发生故障时，人们倾向于简单地丢弃电路板或更换整个电路板，而不是调查故障的根本原因。许多故障可以追溯到一个或多个故障元件，因此，了解哪些是最常见的故障电子元件非常重要。了解哪些板级问题可能导致这些常见故障，以及应使用哪些替代元件以确保系统更长的使用寿命，也同样重要。

最常见的电子元件故障

不再赘述，让我们来看看一些常见的电子元件故障。正如我们将看到的，常见故障并不局限于特定元件，简单来说，元件的功能、位置和类型可能使其在各种方式上更容易出现故障。

高温下的BJTs和MOSFETs

与某些其他温度等级不同，其中元件可能在超过额定规格时继续运行，MOSFETs如果超过额定结温将几乎立即失败。BJTs也会发生类似的效应。如果这些元件在运行过程中的温度增加，它们的导通电阻也会增加，进而进一步增加损耗和温度，如此循环……

这被称为热失控，是最终导致元件故障的正反馈问题。热失控不仅仅局限于MOSFETs，它也在压敏电阻和钽电容中发生。然而，这种效应在集成电路中较为罕见，因为它们更容易受到其他来源的压力影响。

功率MOSFETs包括一个与芯片连接的散热器，以散发热量并帮助防止过热。

容易受到放电或电源浪涌影响的元件

电源浪涌会在未受保护的系统中产生过电压（击穿）。最明显的影响是在电源整流/调节部分输入端的元件，如电容器，在电源浪涌期间可能会经历过电压和击穿。静电放电（ESD）与电源浪涌并不完全相同，但可以采取相同的过电压保护措施来解决。

由于它们在电路板中的位置，IC更容易受到大型ESD（静电放电）事件的影响。这就是为什么半导体制造商在其产品中包含ESD保护的原因。此外，IEC 61000-4-2标准定义了ESD保护的要求，以确保产品的安全性和可靠性，因此使用具有集成ESD保护的组件对较小的ESD事件的敏感性较低。

过压和过电流

虽然从技术上讲，任何组件都可能因这些因素而失败，但在某些组件中，无论是否存在ESD脉冲/电源浪涌，都可能发生这些情况。在没有ESD脉冲的情况下，由于设计中的意外过压，IC内部可能发生锁存现象。这在组件的电源轨和地之间创建了一个低阻抗路径，导致过电流和过热。防止这种情况需要仔细选择能够维持IC所需适当电压水平的电源调节器。

对湿度敏感的组件

电子组件有一个称为湿度敏感等级（MSL）的指标，定义了部件吸收水分的速度。MSL值的范围从1级（部件可以无限期地暴露在湿度中）到6级。如果湿度将是一个主要问题和潜在的故障原因，请尝试包含低MSL值的组件。如果您必须包含一个高MSL组件，考虑使用共形涂层；这将保护组件以及板子免受湿气的侵害，包括氧化。

极端腐蚀是湿气暴露的一个危险，但水分也可以在过程中渗入组件包装。

对温度敏感的组件

所有组件都对温度敏感，任何在极端环境中部署的设备都应该有足够宽温范围的组件。除了简单地运行过热或过冷，热循环和热冲击是导致组件失败的两个因素。在热冲击下，BGA焊球和多层陶瓷是两种特别容易发生断裂的组件。热循环是BGA焊球疲劳失效的另一个已知原因，但它也可能导致IC中的线键发生疲劳失效。

对压力敏感的组件

这一点对于在高真空或高压环境中部署的任何电子设备来说都非常重要。特别是，在水下ROV中部署的电子设备需要仔细测试和检查，以确保它们不会在高压下受损。在高压环境中不应使用密封的IC、电解电容、粉末铁氧体以及任何带有气隙的其他组件，因为它们可能会内爆。

保护您的电路和板子的组件

从上面的列表中可以看出，没有特定的组件本身就更容易随机故障。相反，某些情况下系统可能遇到的情况会使得某些组件更容易出现故障。在设备寿命期间遇到的一些故障原因，如静电放电(ESD)或热环境，可以预先考虑以确保最大的可靠性。由于许多这类故障依赖于正确的组件选择，这里有一些指南可以帮助您为您的设计找到最可靠的组件：

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