低温对电子元器件影响是什么？电子元器件低温失效原因有哪些？

随着科技的进步和应用范围的不断扩大，人们对于电子元器件的质量和可靠性要求也越来越高，因为电子元器件的低温失效会严重影响产品的稳定性和寿命。今天我们就来详细了解一下低温对电子元器件的影响及其失效原因。

1. 低温对电子元器件的影响

低温是指物体的温度在0℃以下的状态。在这种环境下，电子元器件的物理、化学和电学性质都会发生变化，主要表现为以下几个方面。

1.1 电性能力变化

低温会使电子元器件的电性能力大幅度降低，尤其是对于集成电路、二极管和 MOSFET 等器件来说非常明显。因为低温下，电子和 Lattice 晶格的相互作用增加，电子在介质中的移动速度变慢，所需的激活能变大，这些都会导致器件的导电能力降低。

1.2 绝缘能力变差

低温环境下，电子元器件的绝缘能力变差，主要原因是介质的极化率和双极分子的极化率减小，而极化率是绝缘强度的重要影响因素。此外，在低温环境下，材料的晶格振动减小，导致了氧化物介电常数的降低，从而也影响器件的绝缘能力。

1.3 热稳定性变差

低温下，材料的热稳定性明显降低，尤其是热稳定性差的材料，在低温环境下更容易分解和失效。而化学反应的速度也随着温度的降低而减缓，导致一些元器件在低温下反应速度变慢，从而影响其正常工作。

1.4 机械特性变差

低温环境下，材料的强度和韧性都随之降低，主要原因是材料经过冷却后晶格结构发生变化，晶粒尺寸的变小和晶界活性的降低也影响了材料的机械特性。除此之外，低温环境还会引起材料的收缩和振动，导致机件变形、松动，甚至破裂。

2. 电子元器件低温失效原因

不同的电子元器件在低温下表现出来的失效原因也不一样，下面我们来分别介绍一下。

2.1 集成电路低温失效

在低温环境下，集成电路的电性能会显著下降，主要是由以下几个问题导致的。

2.1.1 寄生效应

寄生效应是指元器件中的一些电阻、电容和电感等插入元件中的细节，这些细节会相互影响，从而影响整个电路的性能。而低温会使得这些插入元件细节的寄生效应增强，导致电路的性能明显下降。

2.1.2 载流子和耗散导致的温度升高

由于低温下载流子的移动速度变慢，导致集成电路中的部分器件因载流子移动受到影响，致使电路产生了更多的热量，因此集成电路的功率密度也会越来越高，进而可能出现故障。

2.1.3 晶体管非线性

在低温下，N型晶体管和P型晶体管的非线性特性都会增强，这会导致基极电流的变化，使得电流放大系数产生变化，最终影响整个电路的工作状态。

2.1.4 金属线膨胀系数差异

集成电路中的导线和电极是由不同的材料组成的。他们在低温下由于热膨胀系数的不同，会导致扩张系数差异，从而会发生一些沟槽和开裂现象，导致电路的失效。

2.2 二极管低温失效

二极管在低温下容易产生反向漏电流，从而导致电流和电压不稳定，进而影响电路的正常工作。导致二极管低温失效的原因主要有以下几点。

2.2.1 漏电流

在低温环境下，二极管会产生额外的漏电流，从而导致整个电路的电流电压不稳定。

2.2.2 晶体管非线性

在低温下，二极管晶体管非线性会增强，导致漏电流增加和正向电路电流下降，从而使整个电路失效。

2.2.3 寄生效应

低温环境下，电路中的寄生效应比正常温度下更加明显，导致整个电路的寄生电容和寄生电阻增加，进而影响整个电路的正常工作。

2.3 MOSFET低温失效

MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）在低温环境下会出现功能失效和参数不稳定的问题，导致 MOSFET 低温失效的原因主要有以下几个方面。

2.3.1 漏电流

低温环境下，MOSFET的漏电流会增加，导致电流电压不稳定，从而导致整个电路失效。

2.3.2 寄生效应

MOSFET中的寄生电容和寄生电阻在低温下会增加，这会影响到 MOSFET 的参数，尤其是阈值电压、漏电流和导通电阻。

2.4 电解电容低温失效

在低温环境下，电解电容器会出现导通不良、电容值下降和严重泄漏等现象，其主要失效原因有以下几个。

2.4.1 电解质干化

低温下，电解质的黏度会增大，导致电解质不能正常地流动，从而导致电容器失效。

2.4.2 寄生电压和电流

在低温环境下，电容器的寄生电压和电流会增加，从而影响到电容的耐压和容值。

2.4.3 滞后特性

电解电容器在低温下的滞后特性会更加显著，导致容值的不稳定性和电容器的失效。

3. 总结

电子元器件在低温环境下的影响和失效原因是非常复杂的，这既涉及到电性能、绝缘能力、热稳定性和机械特性等多个方面的问题。因此，对于电子元器件的开发和生产过程中，必须对其在低温环境下的性能和失效特点进行充分考虑，以提高电子元器件的质量和可靠性。