电感的失效详解

贴片电感失效的五大原因

贴片电感失效，主要归因于五个方面：耐焊性不佳、可焊性缺失、焊接过程中出现问题、上机运行时的开路故障以及磁路破损。接下来，我们将逐一深入探讨这五个方面的具体原因。

在深入分析之前，我们首先需要了解电感失效的各种模式以及贴片电感失效的内在机理。电感器可能出现的失效模式包括电感量和其他性能的超差、开路和短路。而贴片功率电感失效，则可能与磁芯在加工过程中产生的机械应力、磁芯内的杂质或空洞、烧结后产生的裂纹、铜线与铜带浸焊连接时的短路以及纤细铜线在与铜带连接时的假焊等问题有关。

一、耐焊性

低频贴片功率电感在经过回流焊后，其感量可能会上升，但上升幅度应控制在20%以内。这是因为回流焊的温度超过了低频贴片电感材料的居里温度，导致退磁现象。退磁后，贴片电感材料的磁导率会恢复到最大值，进而导致感量上升。因此，在贴片工艺中，我们需要特别关注耐焊性的问题，尤其是在对贴片电感感量精度要求较高的地方，如信号接收发射电路。

二、可焊性

在回流焊的过程中，金属银(Ag)会与金属锡(Sn)发生反应，形成共熔物。为了避免这种情况对贴片电感的影响，我们通常会在银端头上先镀一层镍(约2um厚)作为隔绝层，然后再镀锡(4-8um厚)。这样的设计可以确保贴片电感在回流焊过程中保持良好的可焊性。

将待测的贴片电感端头用酒精清洗后，浸入熔化的焊锡中约4秒，随后取出。若贴片电感端头的焊锡覆盖率达到90%以上，则可判定其可焊性合格。

可焊性不良可能由以下原因造成：

端头氧化：贴片电感在高温、潮湿环境或长时间保存下，可能受到SO2、NO2等氧化性气体的影响，导致端头金属Sn氧化为SnO2，使端头变暗，进而影响可焊性。此外，端头被油性物质、溶剂等污染也会降低可焊性。

镀镍层过薄：若在镀镍过程中，镍层厚度不足，无法有效隔离Sn和Ag的反应，这将在回流焊时导致Sn和Ag优先反应，影响Sn与焊盘上的焊膏共熔，从而引发吃银现象，降低贴片电感的可焊性。

焊接不良：贴片电感在制作过程中可能产生的内应力若未得到妥善消除，回流焊时，这些内应力可能导致贴片电感发生立片现象，俗称立碑效应，这也会影响贴片电感的可焊性。

判断贴片电感是否存在显著的内应力，可以采用一个简易的方法：将数百只贴片电感置于普通烤箱或低温炉内，升温至约230℃，并保持恒温。在此过程中，若观察到炉内发出噼噼叭叭的声响，甚至有电感片跳起，则表明这些产品存在较大的内应力。

此外，贴片电感的变形情况也值得关注。若产品在焊接前就已出现弯曲变形，那么在焊接过程中，这种变形可能会被放大，从而影响焊接质量。同时，也要留意是否存在焊接不良或虚焊的情况，以确保贴片电感的可焊性达到标准。

④焊盘设计不当

a. 焊盘两端应保持对称设计，避免尺寸差异，以确保熔融时间和润湿力的一致性。

b. 焊合长度需达到0.3mm以上，即贴片电感的金属端头与焊盘的重合长度应满足此要求。

c. 焊盘余地长度应尽可能小，通常不超过0.5mm，以优化焊接效果。

d. 焊盘本身的宽度不宜过宽，其合理宽度应控制在不超过MLCI宽度的0.25mm以内。

⑤贴片不良

当贴片过程中因焊垫不平或焊膏滑动导致贴片电感发生θ角偏移时，可能会面临三种情况：自行归正、拉斜或单点拉正。为减少此类问题，可采用带θ角偏移视觉检测的贴片机。

⑥焊接温度

回流焊机的焊接温度曲线应根据焊料特性进行设定，以确保贴片电感两端的焊料能同时熔融，从而避免因润湿力不同而导致的移位问题。若出现焊接不良，需检查回流焊机温度是否异常或焊料是否变更。

此外，贴片电感在急冷、急热或局部加热环境下容易破损，因此焊接时必须严格控制温度，并尽量缩短焊接接触时间。

四、上机开路

虚焊和焊接接触不良可能导致贴片电感性能问题。同时，电流烧穿也是一个潜在风险，特别是在选取的贴片电感磁珠额定电流较小或电路中存在大冲击电流时。此外，焊接开路也可能发生，特别是在回流焊时因急冷急热导致贴片电感内部产生应力时。

导电材料的结构变化：

薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。按热力学观点，无定型结构均有结晶化趋势。在工作条件或环境条件下，导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化，也即导电材料内部结构趋于致密化，能常会引起电阻值的下降。结晶化速度随温度升高而加快。

电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生畸变，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。一般可采用热处理方法消除内应力，残余内应力则可能在长时间使用过程中逐步消除，电阻器的阻值则可能因此发生变化。

结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓，但不可能在电阻器使用期间终止。可以认为在电阻器工作期内这两个过程以近似恒定的速度进行。与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。

电负荷高温老化：任何情况，电负荷均会加速电阻器老化进程，并且电负荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著，原因是电阻体与引线帽接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。通常温度每升高10℃，寿命缩短一半。如果过负荷使电阻器温升超过额定负荷时温升50℃，则电阻器的寿命仅为正常情况下寿命的1/32。可通过不到四个月的加速寿命试验，即可考核电阻器在10年期间的工作稳定性。

直流负荷—电解作用：直流负荷作用下，电解作用导致电阻器老化。电解发生在刻槽电阻器槽内，电阻基体所含的碱金属离子在槽间电场中位移，产生离子电流。湿气存在时，电解过程更为剧烈。如果电阻膜是碳膜或金属膜，则主要是电解氧化;如果电阻膜是金属氧化膜，则主要是电解还原。对于高阻薄膜电阻器，电解作用的后果可使阻值增大，沿槽螺旋的一侧可能出现薄膜破坏现象。在潮热环境下进行直流负荷试验，可全面考核电阻器基体材料与膜层的抗氧化或抗还原性能，以及保护层的防潮性能。

有一批现场仪表在某化工厂使用一年后，仪表纷纷出现故障。经分析发现仪表中使用的厚膜贴片电阻阻值变大了，甚至变成开路了。把失效的电阻放到显微镜下观察，可以发现电阻电极边缘出现了黑色结晶物质，进一步分析成分发现，黑色物质是硫化银晶体。原来电阻被来自空气中的硫给腐蚀了。

气体吸附与解吸：

膜式电阻器的电阻膜在晶粒边界上，或导电颗粒和黏结剂部分，总可能吸附非常少量的气体，它们构成了晶粒之间的中间层，阻碍了导电颗粒之间的接触，从而明显影响阻值。

合成膜电阻器是在常压下制成，在真空或低气压工作时，将解吸部分附气体，改善了导电颗粒之间的接触，使阻值下降。同样，在真空中制成的热分解碳膜电阻器直接在正常环境条件下工作时，将因气压升高而吸附部分气体，使阻值增大。如果将未刻的半成品预置在常压下适当时间，则会提高电阻器成品的阻值稳定性。

温度和气压是影响气体吸附与解吸的主要环境因素。对于物理吸附，降温可增加平衡吸附量，升温则反之。由于气体吸附与解吸发生在电阻体的表面。所以对膜式电阻器的影响较为显著。阻值变化可达1%~2%。

氧化：

氧化是长期起作用的因素(与吸附不同)，氧化过程是由电阻体表面开始，逐步向内部深入。除了贵金属与合金薄膜电阻外，其他材料的电阻体均会受到空气中氧的影响。氧化的结果是阻值增大。电阻膜层愈薄，氧化影响就更明显。

防止氧化的根本措施是密封(金属、陶瓷、玻璃等无机材料)。采用有机材料(塑料、树脂等)涂覆或灌封，不能完全防止保护层透湿或透气，虽能起到延缓氧化或吸附气体的作用，但也会带来与有机保护层有关的些新的老化因素。

有机保护层的影响：

有机保护层形成过程中，放出缩聚作用的挥发物或溶剂蒸气。热处理过程使部分挥发物扩散到电阻体中，引起阻值上升。此过程虽可持续1~2年，但显著影响阻值的时间约为2~8个月，为了保证成品的阻值稳定性，把产品在库房中搁置一段时间再出厂是比较适宜的。

机械损伤：

电阻的可靠很大程度上取决于电阻器的机械性能。电阻体、引线帽和引出线等均应具有足够的机械强度，基体缺陷、引线帽损坏或引线断裂均可导致电阻器失效。

电感本质

我们通常所说的电感指的是电感器件，它是用绝缘导线(例如漆包线,沙包线等)绕制而成的电磁感应元件。

在电路中，当电流流过导体时，会产生电磁场，电磁场的大小除以电流的大小就是电感。

电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。给一个线圈通入电流，线圈周围就会产生磁场，线圈就有磁通量通过。通入线圈的电源越大，磁场就越强，通过线圈的磁通量就越大。实验证明，通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的，它们的比值叫做自感系数，也叫做电感。

电感分类

按电感形式 分类：固定电感、可变电感。

按导磁体性质分类：空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。

按工作性质 分类：天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。

按绕线结构 分类：单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。

按工作频率 分类：高频线圈、低频线圈。

按结构特点 分类：磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈、无磁芯线圈等。

空心电感,磁芯电感和铜芯电感一般为中频或高频电感而铁心电感多数为低频电感

电感的材质及工艺

电感器一般由骨架、绕组、屏蔽罩、封装材料、磁心等组成。

1)骨架：泛指绕制线圈的支架。通常是采用塑料、胶木、陶瓷制成，根据实际需要可以制成不同的形状。小型电感器一般不使用骨架，而是直接将漆包线绕在磁心上。空心电感器不用磁心、骨架和屏蔽罩等，而是先在模具上绕好后再 脱去模具，并将线圈各圈之间拉开一定距离。

2)绕组：指具有规定功能的一组线圈，有单层和多层之分。单层有密绕和间绕两种形式;多层有分层平绕、乱绕、蜂 房式绕法等多种。

3)磁心：一般采用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体等材料，它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多种形状。

铁心：主要有硅钢片、坡莫合金等，其外形多为“E”型。

4)屏蔽罩：用于为避免有些电感器在工作时产生的磁场影响其它电路及元器件正常工作。采用屏蔽罩的电感器，会增加线圈的损耗，使Q值降低。

5)封装材料：有些电感器(如色码电感器、色环电感器等)绕制好后，用封装材料将线圈和磁心等密封起来。封装材料采用塑料或环氧树脂等。