电子元器故障机理分析
2．2．1  电子元器件失效机理分析N112]
习惯上把元器件故障称为失效，了解元器件的失效模式和失效机理以及设备的故
障机理，对诊断设备故障，保持设备固有的可靠性是十分必要的。对电子设备来说，
元器件种类很多，常见的有：电阻器、电容器、接插件、焊接件、线圈、集成块、变
压器等。
1．电阻路失效机理
电阻在电子设备中使用的数量很大，而且是一种发热元器件，电子设备故障中由
电阻器失效导致的占有一定的比例。其失效原因与产品的结构、工艺特点、使用条件
有密切关系。
电阻器失效可以分为两大类，即致命失效和多数漂移失效。从现场使用统计来
看，电阻器失效的大多数情况是致命失效，常见的有：断路、机械损伤、接触损坏、
短路、击穿等：只有少数为阻值漂移失效。
电阻器按其构造形式分为：线绕电阻器和非线绕电阻器
固定电阻器和可变电阻器(电位器)。从使用的统计结果看
的。
按其阻值是否可调分为：
它们的失效机理是不同
①非线绕固定电阻器：引线断裂、脂层不均匀、膜材料与引线端接触不良、
体缺陷等，如碳膜电阻器；电阻膜不均匀、电阻膜破裂、基体破裂、电阻膜分解、
电荷作用等，如金属膜电阻器。
②线绕电阻器：接触不良、电流腐蚀、引线不牢、焊点熔解等。
②可变电阻器：接触不良、焊接不良、引线脱落、杂质污染、环氧胶质量较差
等。

2．电容器失效机理

电容器失效模式常见的有：击穿、开路、参数退化、电解液泄漏和机械损伤等。
导致这些失效的主要原因有以下几方面。

1)击穿

①介质中存在疵点、缺陷、杂质等；
②介质材料的老化：
②金属离子迁移形成导电沟道或边缘飞弧放电
④介质材料内部气隙击穿或介质电击穿；
②介质的机械损伤；
⑥介质材料分子结构的改变。
2)开路
①引线与电极接触点氧化而造成低电乎开路；
②引线与电极接触不良或绝缘；
②电解电容器阳级引出金属因腐蚀而导致开路，
④工作电解质的干枯或冻结；
③在机械应力作用下工作电解质和电介质之间的短时开路。
3)电参数退化
①潮湿或电介质老化与热分解
⑨电极材料的金届离子迁移，
②表面污染；
④电极的电解腐蚀或化学腐蚀；
⑥杂质或有害离子的影响；
⑧材料的金属化电极的自愈效应等。
由于实际上电容器是在工作应力和环境应力的综合作用下工作的，因而有时会产
生一种或几种失效模式和失效机理，还会由一种失效模式导致另外失效模式或失效机
理的发生。各失效模式有时是相互影响的。电容器的失效与产品的类型、材料的种类、
结构的差异、制造工艺及工作环境等诸多因素密切相关。

3．集成块的失效模式与失效机理
①电松开路或时通时断：主要原因是电极间金属迁移、电蚀和工艺问题：
②电极短路：主要原因是电极间金属电扩散、金属化工艺缺陷或外来异物等；
⑤引线折断：主要原因有线径不均，引线强度不够，热点应力和机械应力过大
和电蚀等；
④机械磨损和封装裂缝：主要由封装工艺缺陷和环境应力过大等造成；
⑥电多数漂移：主要原因是原材料缺陷、可移动离于引起的反应等；

⑥可焊接性差：主要由引线材料缺陷、引线金属镀层不良
蚀和氧化造成；
⑦无法工作：  —跋是工作环境因素造成的。
4．接触件的失效模式与失效机理
所谓接触件，就是用机械的压力使导体与导体之间彼此接触，并有导通电流的功
能元器件的总称。通常包招；开关、接捐件、继电器和起动器等。接触件的可靠性较
差，往往是电子设备或系统可靠性不高的关键所在，应引起人们的高度重视。一般来
说，外关和接插件以机械故障为主，电气失效为次，主要由于磨损、疲劳和腐蚀所致。
巾接点放障、机械失效等则是继电器等接触件的常见故障模式。
)开关及接括件常见失效机理
)接触不良：接触表面污染、插件末压紧到位、接触弹簧片应力不足和焊剂污
表面有尘埃和焊剂污染、受潮、绝缘材料老化及电晕和电弧烧毁
②机械失效：主要由弹簧失效、零件变形、底座裂缝和推杆断裂等引起：
④绝缘材料破损：主要原因是绝缘体存在残余应力、绝缘老化和焊接热应力等；
⑤弹簧断裂；弹簧材料的疲劳、损坏或脆裂等。
①继电器磁性零件去磁或特性恶化：十要原因是磁性材料缺陷或外界电磁内力
过大造成的：
②接触不良，接触表面污染或有介质绝缘物、有机吸附膜及碳化膜等，接触弹
簧片应力不足和焊剂污染等；
②接点误动作：结构部件在应力下出现谐振；
④弹簧断裂：弹簧材料的疲劳、裂纹损坏或脆裂、有害气体的腐蚀等；
⑥线圈断线：潮湿条件下的电解腐蚀和有害气体的腐蚀等；
⑥线剧烧毁：线圈纳缘的热老化、引出线焊接头绝缘不良引起短路而烧毁等。
电子九器件的失效一般是由设计缺陷、工艺不良、使用不当和环境影响造成的，
大多数情况下可从以上几方面找到真正原因。
2．2．2  电子设备故障机理分析”
—般说来，电十设备故障主要在两方面——是设备本身有缺陷；二是由于设备使
用购外部环境恶劣引起的。具体来说，电子设备的故随机理主要有：元器件失效、设

计缺陷、制造工艺缺陷、使用维护不当、环境因素影响等。
1．元器件失效
元器件失效会育接影响电子设备的正常使用，据统计在通常情况下，元器件失效
大约占电子设备整机故障的40％左右。元器件失效的原因主要有以下几方面：元器件
本身可靠性低、筛选不严公苛刻的环境条件等。对元器件失效除上面介绍的常规元器
件外，对可编程的集成芯片器件，如果软件编程有错误或者有病毒侵蚀，往往导致软
件瘫痪，元器件失效：在条件恶劣时，如电磁干扰、大电机起停、振动、高温等也会
导致元器件失效。
设讨·缺陷也是导致电于设备故障的重要原因之一。即使电子元器件质量很好，在
组成一定功能的电子设备时，如果设计有缺陷，同样会导致设备故障。常见的设tr故
蹿有：抗干扰设计不到位：通风散热设计差；精度设计考虑不周；耐环境设计差；电
路设计不合理；没有注怠降领设计等。以抗干扰设计为例，就必须进行多方面考虑，
有些电子设备，在实验室能正常运行，但送到使用现场却无法工作，其原因就是抗干
扰设计不到位。
电于设备的干扰按作用方式不同，可将其分为差模干扰和共模干扰两类。在设计
产品时应根据不同的情况，采取不同的措施。针对差模干扰信号的特性和来源，可采
用如下设计措施。
①若差模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频差模
干扰。如果差模干扰频率比被铡频率低，则采用输入高通滤波器来抑制低频差模干扰。
如果干扰频率处于被测信号频谱的两侧，则应该使用带通滤波器较为适宜。一级差模
干扰要比被测信号变化仇故常用两级阻容低通滤波网络作为做数转换器的输入滤
波器*
⑦当尖峰形差模干扰成为主要干扰源时，用双斜率积分榴数转换器可以削弱差
模干扰的影响。因为此类变换器是对输入信号的平均值，而不是对瞬间值进行转换，
所以对尖峰干扰具有抑制能力。若取积分周期等于主要差模干扰的周期或为其整数
倍，则通过积分比较变换器后，对差模干扰会有更好的效果。
②在电磁感应作为差模干扰的主要发生源的情况下，对被测信号应尽可能早地
进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成衡
数转换，也可以采用隔离和屏蔽等措施。
④如果差模干扰的变化速度与被浏信号相当，则上述措施的效果不佳，这时可
以来用以下方法。
．  从根本上消除产生差模干扰的原因。对aU量仪表(如热电偶、压力变送器、
差压变送器等)进行良好的电磁屏蔽：测量仪表到计算机的信号线应选用带
有屏蔽层的双绞线或同轴电缆线，并应有良好的接地措施：
．  利用数字滤波技术对进入计算机的带有差模干扰的数据进行处理
理想地滤陈难以抑制约差模干扰。
针对共模干扰信号的特性和来源，可采用如卜设计措施。
①利用变压器或光电锅台器把各种模拟负载与数字信息源隔离开来，也就是把
“模拟地”与“数字地”断开。被测信号通过变压器藕合或光电耙合获得通路，使共
模干扰由于刁i成回路而得到有效的抑制。也刃利用光电锅台器的开关特性组成的具有
串行接口功能的共模抑制线路。在这种线路41，由于光电锅台器有很高的输入／输出
绝缘电阻和较高的输出阻抗，因此能抑制较大的共模干扰电压。
当共模干扰电压很高或要求共模漏电流非常小时，常在信号源与计算机的共模传
送途径中插入隔离放大器，利用光电锅台器的光隔离技术或者变压器锅台的载波隔离
技术，把“数字地”和“模拟地”隔离开来，从而消除共模干扰的产生途径，达到将
输入数据和系统电平隔离开来的目的。
②采用浮地输入双层屏蔽放大铭抑制共模干扰。这是利用屏蔽方法使输入信号
的“模拟地”浮空，从而达到抑制共模干扰的日的。
②利用双端输入的运算放大器作为模／数转换器的前置放大器。
④用仪表放大器来提高共模抑制比。它是一种用于分离共模干扰与有用信号的
器件。
除去上面介绍的电子设备的硬件抗干扰设计外，还可以采取—”些软件抗干扰没
门，如数字滤波等。
3．制造工艺缺陷
设备制造不完善、工艺质量控制不严和设备生产人员技术水平低等因素，都会导
致设备可靠性下降，产牛故障。因此，制造工艺缺陷也是造成电子设备故障的原因之
一。常见的制造工艺缺陷有：
①焊接缺陷。如虚焊、漏焊和错焊，常调整和强振动部位处焊接不良等；
②元器件、材料的挑选和老化不够：
②产品出厂时关键参数的调整和校正不当；
④设备的各组件组装不合理等。
人为因素主要指电子设备的装备和维修人员，不技规定的操作规程，组装、使用
调校电子设备而导致的人为故障。
使用条件恶劣，会导致电子设备故障增多。如高温、强振、强电磁干扰等的影响

会超出设备的设计要求，使之不能正常工作。