電感的失效分析

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1、電感本質(zhì)

我們通常所說的電感指的是電感器件，它是用絕緣導(dǎo)線(例如漆包線,沙包線等)繞制而成的電磁感應(yīng)元件。

在電路中，當電流流過導(dǎo)體時，會產(chǎn)生電磁場，電磁場的大小除以電流的大小就是電感。

電感是衡量線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)能力的物理量。給一個線圈通入電流，線圈周圍就會產(chǎn)生磁場，線圈就有磁通量通過。通入線圈的電源越大，磁場就越強，通過線圈的磁通量就越大。實驗證明，通過線圈的磁通量和通入的電流是成正比的，它們的比值叫做自感系數(shù)，也叫做電感。

1.2 電感分類

按電感形式 分類：固定電感、可變電感。

按導(dǎo)磁體性質(zhì)分類：空芯線圈、鐵氧體線圈、鐵芯線圈、銅芯線圈。

按工作性質(zhì) 分類：天線線圈、振蕩線圈、扼流線圈、陷波線圈、偏轉(zhuǎn)線圈。

按繞線結(jié)構(gòu) 分類：單層線圈、多層線圈、蜂房式線圈。

按工作頻率 分類：高頻線圈、低頻線圈。

按結(jié)構(gòu)特點 分類：磁芯線圈、可變電感線圈、色碼電感線圈、無磁芯線圈等。

空心電感,磁芯電感和銅芯電感一般為中頻或高頻電感而鐵心電感多數(shù)為低頻電感

1.3電感的材質(zhì)及工藝

電感器一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁心等組成。

1）骨架：泛指繞制線圈的支架。通常是采用塑料、膠木、陶瓷制成，根據(jù)實際需要可以制成不同的形狀。小型電感器一般不使用骨架，而是直接將漆包線繞在磁心上?？招碾姼衅鞑挥么判摹⒐羌芎推帘握值?，而是先在模具上繞好后再  脫去模具，并將線圈各圈之間拉開一定距離。

2）繞組：指具有規(guī)定功能的一組線圈，有單層和多層之分。單層有密繞和間繞兩種形式；多層有分層平繞、亂繞、蜂 房式繞法等多種。

3）磁心：一般采用鎳鋅鐵氧體或錳鋅鐵氧體等材料，它有“工”字形、柱形、帽形、“E”形、罐形等多種形狀。

鐵心：主要有硅鋼片、坡莫合金等，其外形多為“E”型。

4）屏蔽罩：用于為避免有些電感器在工作時產(chǎn)生的磁場影響其它電路及元器件正常工作。采用屏蔽罩的電感器，會增加線圈的損耗，使Q值降低。

5）封裝材料：有些電感器（如色碼電感器、色環(huán)電感器等）繞制好后，用封裝材料將線圈和磁心等密封起來。封裝材料采用塑料或環(huán)氧樹脂等。

1.4 電感主要參數(shù)

1.電感量：也稱自感系數(shù)，是表示電感器產(chǎn)生自感應(yīng)能力的一個物理量。

電感量的大小，主要取決于線圈的圈數(shù)、繞制方式、有無磁心及磁心的材料等等。通常，線圈圈數(shù)越多、繞制的線圈越密集，電感量就越大。有磁心的線圈比無磁心的線圈電感量大；磁心導(dǎo)磁率越大的線圈，電感量也越大。

應(yīng)用的工作頻率越高電感的尺寸可以越小

同樣的阻抗值，頻率越高，感值越小

感值小，圈數(shù)可減小，電感的尺寸就可以做小

感值小，材質(zhì)的導(dǎo)磁率亦不用太高

（材質(zhì)的導(dǎo)磁率越高，越不適合在高頻工作）

2）允許偏差：指電感上標稱的電感量與實際電感的允許誤差值。一般用于振蕩或濾波等電路中的電感要求精度較高， 允許偏差為±0.2%~±0.5%；而用于耦合、高頻阻流等線圈的精度要求不高；允許偏差為±10%~15%。

3）固有頻率：電感的等效電路實際上是電感與電容的并聯(lián)諧振電路，其震蕩頻率

f0=   即是固有頻率。

也定義為感抗和容抗相等時對應(yīng)的自諧振頻率。使用電感線圈時，為保障線圈的電感量穩(wěn)定，應(yīng)使線 圈的工作頻率遠低于固有頻率。

4）分布電容：指線圈的匝與匝之間、線圈與磁心之間存在的電容。電感的分布電容越小，其穩(wěn)定性越好。

減小分布電容的方法：

1)如果磁性是導(dǎo)體，用介電常數(shù)低的材料

2)起始端與終止端遠離（夾角>40°）

3)盡量單層繞制，并增加匝間距離

4)多層繞制時，采用漸進方式繞，避免來回繞制

5）直流電阻Rdc：指直流狀態(tài)下測量器件的電阻值為直流電阻，表征器件內(nèi)部線圈的質(zhì)量狀況。

6）阻抗Z：表征的是給定頻率下元件對流經(jīng)其本身的交流電流的總抵抗能力。

7）品質(zhì)因數(shù)：也稱Q值，是衡量電感質(zhì)量的主要參數(shù)。它是指電感器在某一頻率的交流電壓下工作時，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。

電感器的Q值越高，其損耗越小，效率越高。在實際當中，Q不僅只與線圈的 直流電阻有關(guān)，還包括線圈骨架的介質(zhì)損耗，鐵芯和屏蔽的損耗以及在高頻條件下工作時的趨膚效應(yīng)等因素有關(guān)，提高線圈的Q值，并不是一件很容易的事情。

實際電感的應(yīng)用選擇必須同時兼顧較小的電感量波動與較高的Q值。

8）額定電流Ir：指電感正常工作時反允許通過的最大電流。若工作電流超過額定電流，則電感器就會因發(fā)熱而使性能參數(shù)發(fā)生改變，甚至還會因過流而燒毀。

電感失效分析

電感器失效模式：電感量和其他性能的超差、開路、短路

模壓繞線片式電感失效機理：

1.磁芯在加工過程中產(chǎn)生的機械應(yīng)力較大，未得到釋放

2.磁芯內(nèi)有雜質(zhì)或空洞磁芯材料本身不均勻，影響磁芯的磁場狀況，使磁芯的磁導(dǎo)率發(fā)生了偏差；

3.由于燒結(jié)后產(chǎn)生的燒結(jié)裂紋；

4.銅線與銅帶浸焊連接時，線圈部分濺到錫液，融化了漆包線的絕緣層，造成短路；

5.銅線纖細，在與銅帶連接時，造成假焊，開路失效

1、耐焊性

低頻片感經(jīng)回流焊后感量上升 < 20％

由于回流焊的溫度超過了低頻片感材料的居里溫度，出現(xiàn)退磁現(xiàn)象。片感退磁后，片感材料的磁導(dǎo)率恢復(fù)到最大值，感量上升。一般要求的控制范圍是片感耐焊接熱后，感量上升幅度小于20%。

耐焊性可能造成的問題是有時小批量手工焊時，電路性能全部合格（此時片感未整體加熱，感量上升?。５笈抠N片時，發(fā)現(xiàn)有部分電路性能下降。這可能是由于過回流焊后，片感感量會上升，影響了線路的性能。在對片感感量精度要求較嚴格的地方（如信號接收發(fā)射電路），應(yīng)加大對片感耐焊性的關(guān)注。

檢測方法：先測量片感在常溫時的感量值，再將片感浸入熔化的焊錫罐里10秒鐘左右，取出。待片感徹底冷卻后，測量片感新的感量值。感量增大的百分比既為該片感的耐焊性大小

2、可焊性

電鍍簡介

當達到回流焊的溫度時，金屬銀（Ag）會跟金屬錫（Sn）反應(yīng)形成共熔物，因此不能在片感的銀端頭上直接鍍錫。而是在銀端頭上先鍍鎳（2ｕm 左右） ，形成隔絕層，然后再鍍錫（4－8ｕm ）。

可焊性檢測

將待檢測的片感的端頭用酒精清洗干凈，將片感在熔化的焊錫罐中浸入4秒鐘左右，取出。如果片感端頭的焊錫覆蓋率達到90％以上，則可焊性合格。

可焊性不良

1）端頭氧化：當片感受高溫、潮濕、化學品、氧化性氣體（SO2、NO2等）的影響， 或保存時間過長，造成片感端頭上的金屬Sn氧化成SnO2，片感端頭變暗。由于SnO2不和Sn、 Ag、Cu等生成共熔物，導(dǎo)致片感可焊性下降。片感產(chǎn)品保質(zhì)期：半年。如果片感端頭被污染，比如油性物質(zhì)，溶劑等，也會造成可焊性下降

2）鍍鎳層太薄，吃銀：如果鍍鎳時，鎳層太薄不能起隔離作用?；亓骱笗r，片感端頭上的Sn和自身的Ag首先反應(yīng)，而影響了片感端頭上的Sn和焊盤上的焊膏共熔，造成吃銀現(xiàn)象，片感的可焊性下降。

判斷方法：將片感浸入熔化的焊錫罐中幾秒鐘，取出。如發(fā)現(xiàn)端頭出現(xiàn)坑洼情況，甚至出現(xiàn)瓷體外露，則可判斷是出現(xiàn)吃銀現(xiàn)象的。

3、焊接不良

內(nèi)應(yīng)力

如果片感在制作過程中產(chǎn)生了較大的內(nèi)部應(yīng)力，且未采取措施消除應(yīng)力，在回流焊過程中，貼好的片感會因為內(nèi)應(yīng)力的影響產(chǎn)生立片，俗稱立碑效應(yīng)。

判斷片感是否存在較大的內(nèi)應(yīng)力，可采取一個較簡便的方法：

取幾百只的片感，放入一般的烤箱或低溫爐中，升溫至230℃左右，保溫，觀察爐內(nèi)情況。如聽見噼噼叭叭的響聲，甚至有片子跳起來的聲音，說明產(chǎn)品有較大的內(nèi)應(yīng)力。

元件變形

如果片感產(chǎn)品有彎曲變形，焊接時會有放大效應(yīng)。

焊接不良、虛焊

焊接正常

焊盤設(shè)計不當

a.焊盤兩端應(yīng)對稱設(shè)計，避免大小不一，否則兩端的熔融時間和潤濕力會不同

b.焊合的長度在0.3mm以上（即片感的金屬端頭和焊盤的重合長度）

c.焊盤余地的長度盡量小，一般不超過0.5mm。

d.焊盤的本身寬度不宜太寬，其合理寬度和MLCI寬度相比，不宜超過0.25mm

貼片不良

當貼片時，由于焊墊的不平或焊膏的滑動，造成片感偏移了θ角。由于焊墊熔融時產(chǎn)生的潤濕力，可能形成以上三種情況，其中自行歸正為主，但有時會出現(xiàn)拉的更斜，或者單點拉正的情況，片感被拉到一個焊盤上，甚至被拉起來，斜立或直立（立碑現(xiàn)象）。目前帶θ角偏移視覺檢測的貼片機可減少此類失效的發(fā)生

焊接溫度

回流焊機的焊接溫度曲線須根據(jù)焊料的要求設(shè)定，應(yīng)該盡量保證片感兩端的焊料同時熔融，以避免兩端產(chǎn)生潤濕力的時間不同，導(dǎo)致片感在焊接過程中出現(xiàn)移位。如出現(xiàn)焊接不良，可先確認一下，回流焊機溫度是否出現(xiàn)異常，或者焊料有所變更。

電感在急冷、急熱或局部加熱的情況下易破損，因此焊接時應(yīng)特別注意焊接溫度的控制，同時盡可能縮短焊接接觸時間

回流焊推薦溫度曲線

手工焊推薦溫度曲線

4、上機開路

虛焊、焊接接觸不良

從線路板上取下片感測試，片感性能是否正常

電流燒穿

如選取的片感，磁珠的額定電流較小，或電路中存在大的沖擊電流會造成電流燒穿，片感或磁珠   失效，導(dǎo)致電路開路。從線路板上取下片感測試，片感失效，有時有燒壞的痕跡。如果出現(xiàn)電流燒穿，失效的產(chǎn)品數(shù)量會較多，同批次中失效產(chǎn)品一般達到百分級以上。

焊接開路

回流焊時急冷急熱，使片感內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致有極少部分的內(nèi)部存在開路隱患的片感的缺陷變大，造成片感開路。從線路板上取下片感測試，片感失效。如果出現(xiàn)焊接開路，失效的產(chǎn)品數(shù)量一般較少，同批次中失效產(chǎn)品一般小于千分級。

5、磁體破損

磁體強度

片感燒結(jié)不好或其它原因，造成瓷體強度不夠，脆性大，在貼片時，或產(chǎn)品受外力沖擊造成瓷體破損

附著力

如果片感端頭銀層的附著力差，回流焊時，片感急冷急熱，熱脹冷縮產(chǎn)生應(yīng)力，以及瓷體受外力沖擊，均有可能會造成片感端頭和瓷體分離、脫落；或者焊盤太大，回流焊時，焊膏熔融和端頭反應(yīng)時產(chǎn)生的潤濕力大于端頭附著力，造成端頭破壞。片感過燒或生燒，或者制造過程中，內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋。回流焊時急冷急熱，使片感內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，出現(xiàn)晶裂，或微裂紋擴大，造成瓷體破損