电感开路失效分析

引言

电感器作为电子线路核心元器件之一，主要作用于稳定电流、筛选信号、过滤噪音、抑制电磁波干扰等，在汽车、电子、家电、光伏、通信、工业等领域应用较为广泛。在实际生产与应用过程中，因结构设计、材料工艺、焊锡不良等原因导致的电感开路、短路等失效问题发生，常给企业带来巨大的经济损失。

本文以电感开路失效为例，通过外观检查、CT检测、切片分析等测试方法，分析其失效原因与机理，并提出改善建议。

一、案例背景

某型号滤波器在客户端使用一段时间后出现失效，定位为电感开路失效。现进行分析测试，查找其失效原因。

二、分析过程

1. 外观检查

电感焊接爬锡正常，其中NG样品一端有手工加锡现象，外观未见开裂异常，说明电感在电路中开路失效与焊接不良无关。

图1. NG样品外观

2. 失效现象确认

对市场返回的失效样品进行电参数测试，确认失效现象。

测试结果显示：NG样品阻值明显异常，说明NG1样品明显失效，这与委托方反馈的失效现象一致，NG1样品阻值比OK正常样品偏大不明显。

3. CT扫描

为确认失效样品端电极焊接以及内部结构是否存在明显异常，对NG样品进行CT扫描。

扫描结果显示：失效样品结构完整，内部走线未发现明显的断裂，缺失等异常现象。焊接点无明显开裂的现象。

图2. NG样品 CT虚拟切片照片

4. 开路点定位

为确认样品开路的位置，对NG样品进行开路点的定位。

定位结果：NG样品总共18层线路，从下往上，第5层与第6层之间开路，对比CT切片，第5层第6层走线并无异常，怀疑第5层与第6层连接的“三明治”结构开路。进一步研磨并二次探针测量，确认结果仍为：从下往上，NG样品第5层与第6层之间开路。

图3. NG样品定位开路的上下两层虚拟切片照片

5. 切片分析

对NG样品进行进一步研磨，在研磨过程中，多次确认NG样品 是第4、5层之间，第5、6层之间连接的“三明治”结构的中间层与上层或下层中的一层正常通过焊接形成了有效连接，但是“三明治”结构的中间层与另外的一层未形成有效连接，只有局部有点接触的弱连接。

图4. NG样品研磨过程，关注从下到上第5层与第6层连接

利用离子研磨CP抛光处理后转SEM观察，“三明治”结构的中间层与上层弱连接位置存在被陶瓷本体材料填充，并有细小缝隙，其他位置均有明显缝隙未形成良好的连接，属于工艺缺陷。

图5. NG样品第5层与第6层连接三明治结构中间层与上层之间SEM形貌

图6. NG样品三明治结构中间层与上层有效连接示例

图7. NG样品第5层与第6层连接三明治结构弱连接部位

图8. NG样品三明治结构中间层与下层之间未形成有效连接部位

图9. NG样品三明治结构内部发现弱连接

对OK样品电感进行纵切观察“三明治”结构，发现良品的 “三明治”结构中间层与上层或下层之间是多点接触连接。

图10. OK样品连接点三明治结构典型形貌

三、总结分析

外观检查未发现电感在电路中有焊接不良的现象，可排除焊接不良导致的电感在电路中失效。

通过CT扫描，发现电感内部走线完整，未发现断裂，缺失等异常现象。通过对CT扫描的结构进行分析，发现电感内部各层通过内部类似三明治结构的节点进行连接。

从电感的侧面进行切片分析，发现NG样品的4~5层、5~6层之间存在阻抗异常，而CT扫描结构显示失效电感内部走线未发现异常，分析是电感内部各层之间的连接节点存在开路或者弱连接的现象。

根据定位的结果，继续研磨到失效电感各层连接的节点部位，通过多次切片确认发现：NG样品 “三明治”结构的节点部位未发现有效连接，但存在弱连接的现象。正常“三明治”结构的上层、下层与中间层正常通过焊接形成了有效连接，但是失效样品“三明治”结构的中间层与上层或下层中的一层未形成有效连接，只有局部有点接触的弱连接，这属于电感制造工艺缺陷。观察良品样品“三明治”结构，可以看到良品样品的 “三明治”结构中间层与上层或下层之间是多点接触连接。

失效电感是在市场使用一段时间出现失效的，而弱连接部位未发现裂纹，烧毁等异常现象，电感本身在该部位存在质量缺陷，在使用一段时间后内应力的作用下导致弱连接部位形成开路或高阻抗状态。

四、结论与建议

电感开路或高阻失效的原因是电感内部“三明治”结构的中间层与上层或下层中的其中一层未形成有效连接，此缺陷为电感来料缺陷导致。

改善建议

1. 通过DPA加强来料检验进行拦截；

2. 更换质量更好的物料。

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