低溫對(duì)電子元器件影響是什么?電子元器件低溫失效原因有哪些?
日期:2024-07-11 15:00:00 瀏覽量:1081 標(biāo)簽: 電子元器件
隨著科技的進(jìn)步和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,人們對(duì)于電子元器件的質(zhì)量和可靠性要求也越來(lái)越高,因?yàn)殡娮釉骷牡蜏厥?huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性和壽命。今天我們就來(lái)詳細(xì)了解一下低溫對(duì)電子元器件的影響及其失效原因。
1. 低溫對(duì)電子元器件的影響
低溫是指物體的溫度在0℃以下的狀態(tài)。在這種環(huán)境下,電子元器件的物理、化學(xué)和電學(xué)性質(zhì)都會(huì)發(fā)生變化,主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。
1.1 電性能力變化
低溫會(huì)使電子元器件的電性能力大幅度降低,尤其是對(duì)于集成電路、二極管和 MOSFET 等器件來(lái)說(shuō)非常明顯。因?yàn)榈蜏叵?,電子?nbsp;Lattice 晶格的相互作用增加,電子在介質(zhì)中的移動(dòng)速度變慢,所需的激活能變大,這些都會(huì)導(dǎo)致器件的導(dǎo)電能力降低。
1.2 絕緣能力變差
低溫環(huán)境下,電子元器件的絕緣能力變差,主要原因是介質(zhì)的極化率和雙極分子的極化率減小,而極化率是絕緣強(qiáng)度的重要影響因素。此外,在低溫環(huán)境下,材料的晶格振動(dòng)減小,導(dǎo)致了氧化物介電常數(shù)的降低,從而也影響器件的絕緣能力。
1.3 熱穩(wěn)定性變差
低溫下,材料的熱穩(wěn)定性明顯降低,尤其是熱穩(wěn)定性差的材料,在低溫環(huán)境下更容易分解和失效。而化學(xué)反應(yīng)的速度也隨著溫度的降低而減緩,導(dǎo)致一些元器件在低溫下反應(yīng)速度變慢,從而影響其正常工作。
1.4 機(jī)械特性變差
低溫環(huán)境下,材料的強(qiáng)度和韌性都隨之降低,主要原因是材料經(jīng)過(guò)冷卻后晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,晶粒尺寸的變小和晶界活性的降低也影響了材料的機(jī)械特性。除此之外,低溫環(huán)境還會(huì)引起材料的收縮和振動(dòng),導(dǎo)致機(jī)件變形、松動(dòng),甚至破裂。
2. 電子元器件低溫失效原因
不同的電子元器件在低溫下表現(xiàn)出來(lái)的失效原因也不一樣,下面我們來(lái)分別介紹一下。
2.1 集成電路低溫失效
在低溫環(huán)境下,集成電路的電性能會(huì)顯著下降,主要是由以下幾個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致的。
2.1.1 寄生效應(yīng)
寄生效應(yīng)是指元器件中的一些電阻、電容和電感等插入元件中的細(xì)節(jié),這些細(xì)節(jié)會(huì)相互影響,從而影響整個(gè)電路的性能。而低溫會(huì)使得這些插入元件細(xì)節(jié)的寄生效應(yīng)增強(qiáng),導(dǎo)致電路的性能明顯下降。
2.1.2 載流子和耗散導(dǎo)致的溫度升高
由于低溫下載流子的移動(dòng)速度變慢,導(dǎo)致集成電路中的部分器件因載流子移動(dòng)受到影響,致使電路產(chǎn)生了更多的熱量,因此集成電路的功率密度也會(huì)越來(lái)越高,進(jìn)而可能出現(xiàn)故障。
2.1.3 晶體管非線性
在低溫下,N型晶體管和P型晶體管的非線性特性都會(huì)增強(qiáng),這會(huì)導(dǎo)致基極電流的變化,使得電流放大系數(shù)產(chǎn)生變化,最終影響整個(gè)電路的工作狀態(tài)。
2.1.4 金屬線膨脹系數(shù)差異
集成電路中的導(dǎo)線和電極是由不同的材料組成的。他們?cè)诘蜏叵掠捎跓崤蛎浵禂?shù)的不同,會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)張系數(shù)差異,從而會(huì)發(fā)生一些溝槽和開(kāi)裂現(xiàn)象,導(dǎo)致電路的失效。
2.2 二極管低溫失效
二極管在低溫下容易產(chǎn)生反向漏電流,從而導(dǎo)致電流和電壓不穩(wěn)定,進(jìn)而影響電路的正常工作。導(dǎo)致二極管低溫失效的原因主要有以下幾點(diǎn)。
2.2.1 漏電流
在低溫環(huán)境下,二極管會(huì)產(chǎn)生額外的漏電流,從而導(dǎo)致整個(gè)電路的電流電壓不穩(wěn)定。
2.2.2 晶體管非線性
在低溫下,二極管晶體管非線性會(huì)增強(qiáng),導(dǎo)致漏電流增加和正向電路電流下降,從而使整個(gè)電路失效。
2.2.3 寄生效應(yīng)
低溫環(huán)境下,電路中的寄生效應(yīng)比正常溫度下更加明顯,導(dǎo)致整個(gè)電路的寄生電容和寄生電阻增加,進(jìn)而影響整個(gè)電路的正常工作。
2.3 MOSFET低溫失效
MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)在低溫環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)功能失效和參數(shù)不穩(wěn)定的問(wèn)題,導(dǎo)致 MOSFET 低溫失效的原因主要有以下幾個(gè)方面。
2.3.1 漏電流
低溫環(huán)境下,MOSFET的漏電流會(huì)增加,導(dǎo)致電流電壓不穩(wěn)定,從而導(dǎo)致整個(gè)電路失效。
2.3.2 寄生效應(yīng)
MOSFET中的寄生電容和寄生電阻在低溫下會(huì)增加,這會(huì)影響到 MOSFET 的參數(shù),尤其是閾值電壓、漏電流和導(dǎo)通電阻。
2.4 電解電容低溫失效
在低溫環(huán)境下,電解電容器會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)通不良、電容值下降和嚴(yán)重泄漏等現(xiàn)象,其主要失效原因有以下幾個(gè)。
2.4.1 電解質(zhì)干化
低溫下,電解質(zhì)的黏度會(huì)增大,導(dǎo)致電解質(zhì)不能正常地流動(dòng),從而導(dǎo)致電容器失效。
2.4.2 寄生電壓和電流
在低溫環(huán)境下,電容器的寄生電壓和電流會(huì)增加,從而影響到電容的耐壓和容值。
2.4.3 滯后特性
電解電容器在低溫下的滯后特性會(huì)更加顯著,導(dǎo)致容值的不穩(wěn)定性和電容器的失效。
3. 總結(jié)
電子元器件在低溫環(huán)境下的影響和失效原因是非常復(fù)雜的,這既涉及到電性能、絕緣能力、熱穩(wěn)定性和機(jī)械特性等多個(gè)方面的問(wèn)題。因此,對(duì)于電子元器件的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中,必須對(duì)其在低溫環(huán)境下的性能和失效特點(diǎn)進(jìn)行充分考慮,以提高電子元器件的質(zhì)量和可靠性。