應用 | 濾波器短路故障分析

來源：廣州貝拓科學技術有限公司更新時間：2024-04-12 18:45:04 閱讀量：464

導讀：機載電子產(chǎn)品在調試的過程中可能會出現(xiàn)一些質量問題，針對這些問題，及時找出問題原因，制定解決措施并且舉一反三，是質量工作中的重中之重，這有助于提升產(chǎn)品的可靠性、安全性，同時還能降低產(chǎn)品質量成本。

引言

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國機載電子技術目前已經(jīng)形成了一個專業(yè)齊全，有一定規(guī)模的科研生產(chǎn)體系。機載電子產(chǎn)品的成本已經(jīng)占據(jù)了飛機總成本的已達30%-40%，機載電子系統(tǒng)也已經(jīng)成為了決定飛機作戰(zhàn)效能的重要因素。機載電子產(chǎn)品在調試的過程中可能會出現(xiàn)一些質量問題，針對這些問題，及時找出問題原因，制定解決措施并且舉一反三，是質量工作中的重中之重，這有助于提升產(chǎn)品的可靠性、安全性，同時還能降低產(chǎn)品質量成本。文章后續(xù)會通過對一濾波器的故障進行分析，分別從故障的確認、分析以及解決三個方面對濾波器故障進行說明。

故障確認

濾波器所在的產(chǎn)品在使用的過程中出現(xiàn)異常，然后對濾波器進行電性能測試，發(fā)現(xiàn)濾波器的引出端和濾波殼體短路，電阻為0.8Ω，檢測結果如下圖所示。首先，利用體視顯微鏡對外觀進行檢查，并沒有發(fā)現(xiàn)焊點橋梁，多余物等造成濾波器短路的現(xiàn)象，因此可以推測是內部存在異常造成短路。X光透視系統(tǒng)可以利用不同材料厚度或不同材料密度對X光的吸收或透過率不同的原理進行成像，常用來檢測內部缺陷，因此對短路器件進行X射線透射檢查，檢查結果如圖2所示，發(fā)現(xiàn)樣品未見斷裂、變形、破損、樣品螺栓處內部存在金屬多余物。

圖1 電性能測試結果

圖2 X射線檢查內部多余物照片

故障分析

雖然能通過X射線檢查發(fā)現(xiàn)器件內部存在多余物，但無法判斷短路故障是否是由多余物導致的以及多余物是如何引入的，所以需要對濾波器進行失效分析。電子元器件物理失效分析是對半導體器件的材料和工藝進行表征和分析的綜合性技術，器件所用材料以及元器件的微區(qū)形貌、結構和化學組分與失效有直接關系。物理失效分析的Z終目的是通過分析手段完成缺陷表征分析，Z終確定失效機理。

1、密封性檢查

為了確定是否是因為器件氣密性存在一場導致多余物引入器件內部，對短波濾波器進行粗檢漏實驗，粗檢漏吳漣序氣泡產(chǎn)生，結果合格，說明產(chǎn)品氣密性良好。

2、物理開封

開封短路器件，利用體視顯微鏡進行內部檢查，發(fā)現(xiàn)樣品內部存在多余品，如下圖所示。多余物是金屬材料，和X射線檢查結果一致。對多余物、器件殼體、引出端進行電性能測試，三者短路，取出多余物，引出端和外殼開路，說明多余物是造成濾波器短路的原因。

圖3 器件開封照片

3、金相切片分析

金相切片分析是通過取樣、鑲嵌、切片、拋磨、腐蝕、觀察等一系列手段獲得焊點橫截面的金相結構的過程。對樣品螺栓部位進行制樣并用金相顯微鏡進行檢查（結果如下圖所示），結果為：引出端延伸與繞線組用韓料之間有焊料填充，內部存在空洞，并有再流形貌，說明至少進行過二次加熱，并且加熱溫度足以熔化焊料，該器件在使用時需在引出端電烙鐵焊接導線，烙鐵溫度設置為360℃，焊接時傳遞的能量可能造成器件內部焊料二次熔融。

圖4 金相切片結果

4、能譜分析

對焊接大仙的濾波器進行內部焊點檢測及成分分析。該器件由電容器、電感器、中心引線組成，器件內部共有5個焊點。對各焊點進行能譜分析，可以得到三個焊點為高鉛焊料，兩個為低鉛焊料。

圖5 未使用樣品全貌

5、原因分析

短路器件內部存在金屬多余物，對多余物、器件殼體、引出端進行電性能測試，三這段路，去除金屬多余物，引出端和外殼開路，說明多余物是造成濾波器短路的主要原因。

對未使用器件分析，結果表面內不存在五個焊點，對焊點進行成分分析，焊點1成分為高鉛焊料，焊錫比例約為80%：20%，焊料熔融溫度約為270℃。通過對短路器件進行能譜分析，短路器件焊點1為低鉛焊料，錫鉛比例約為50%：50%，該器件焊點1成分為低鉛焊料，錫鉛比例約為63%：37%，金屬多余物為錫鉛焊料，錫鉛比例約為50%：50%，該器件焊接導線的焊料成分為Sn63Pb37，與短路器件焊點1成分基本一致，因此判定為導線焊接過程中，烙鐵熱量傳遞至器件內部焊點1時，溫度高于焊料的熔化溫度，導致焊點1發(fā)生回流重熔，重熔的焊料沿著器件引出端空隙留到器件內部，同時焊接時的焊料也沿著空隙流入器件內部，高鉛焊料與器件自身的低鉛焊料混合形成鉛錫比例為1:1的金屬多余物，而該多余物搭接在引出端和濾波器殼之間，導致短路，造成故障。

6、故障復現(xiàn)

對該問題進行復現(xiàn)，設置電烙鐵溫度360℃，在不施加焊錫的情況下加熱濾波器引出端密封處，在加熱時間較長后密封處焊料熔化形成空洞，焊料會沿著空洞流入器件內部，形成多余物。

糾正措施

該器件多余物引入的原因是導線焊接時，溫度傳遞導致器件密封處的焊料熔化，焊料沿著引出端流入器件內部形成多余物，因此電烙鐵溫度調整至器件密封處焊料熔點以下可有效避免該問題的發(fā)生。

總結

本文通過對濾波器短路故障進行分析，運用密封性檢查、物理開封、金相切片分析、能譜分析等多個手段進行排查，Z終查出短路的根本原因，并從工藝上給出了有效的解決措施，不僅能避免同類問題的再次發(fā)生，還對同類故障問題的分析具有參考意義。

參考文獻

[1]毛飄,寇宇路,曹德等.一種濾波器短路故障分析[J].機電信息,2024,(05):6-9.DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.05.002.

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