元器件突然失效有哪些原因?如何找到并更换？

为什么有时元器件会无缘无故失效？集成电路结构遵循摩尔定律，变得越来越小。正常工作温度下物的迁移导致器件在几十年内失效的风险增加。此外，磁致伸缩引起的疲劳会导致电感机械疲劳，这是一种广为人知的效果。有些类型的电阻材料会在空气中缓慢氧化，当空气变得更加潮湿时，氧化速度会加快。

因此，在选择设备时，有必要了解其结构和可能的老化相关失效机制。即使在理想条件下使用设备，这些机制也可能受到影响。然而，在适当的工作条件下，大多数电子设备的预期寿命可以达到几十年甚至更长，但有些仍然过早失效。原因往往是不被注意的压力。任何在海洋环境中设计电子产品的人都会考虑盐雾和湿度。事实上，许多电子设备可能会遇到不那么可怕的化学挑战，但仍然可能造成伤害。设计师必须考虑电路遇到的环境挑战。在经济可行的情况下，任何潜在的危害都应该通过设计降到最低。

静电损伤(ESD)是一种压力机制，相关警告最常见，但我们往往视而不见。在PCB生产过程中，工厂会采取充分的措施来消除制造过程中的ESD，但是在交付之后，很多PCB般操作造成的ESD保护措施不足的系统。做好充分的保护并不难，只是会增加一点成本，所以经常被忽视。评估系统电子器件在正常使用的最极端情况下需要什么样的ESD保护，并考虑如何实现，应该是所有设计的一部分。

另一个因素是过压。很少有人要求半导体或电容即使受到重大过压也是健康的，但大值电阻遇到远大于数据手册中绝对最大值的电压是常见现象。问题是:虽然其电阻值足够高，不会变热，但内部可能会产生微小的电弧，导致其缓慢漂移，偏离规格，最终短路。大型绕线电阻通常有数百伏击穿电压，所以这个问题在过去并不常见，但现在小型表贴电阻被广泛使用，击穿电压可能低于30伏，相当容易受到过压的影响。

大电流也会造成问题。大家都很熟悉普通的保险丝——它是一根导线。如果电流过大，会变热熔断，防止电源短路等类似问题。然而，如果一个非常小的导体有很高的电流密度，导体可能不会变得很热，但最终可能会失效。原因是所谓的电迁移。也就是说，导电电子和扩散金属原子之间的动量传递导致体内离子逐渐运动，产生物质运输效果。这着时间的推移，携带大直流电流的薄导体越来越薄，最终失效。

但有些部分会像保险丝一样失效，即熔断，如导线或半导体芯片上的导电接线。这种现象的一个常见原因是电容充电电流过大。考虑到ESR为1ω的1HF电容，如果连接到110V和60Hz的交流电源，大约41mA的交流电流流过其中。但是，当电压处于最大值(110√2=155.6V)时，只有ESR会限制流量，峰值电流会达到155.6A，虽然它的持续时间不到1μs，但也足以损坏许多小信号半导体器件。

重复浪涌可能会损坏电容本身，尤其是电解电容。这是一种特别常见的故障机制，用于给小型电子设备充电。如果插入一个交流周期的错误时间，整流器和电容器将携带非常大的浪涌电流，如果多次发生，最终可能会损坏设备。用小电阻与整流器串联，可以限制浪涌电流，最大限度地减少问题。

运气好的话，ESD或过压/过流事件会立即损坏设备，所以很容易知道问题。但更常见的情况是，压力造成的损坏导致设备故障，最初导致故障的压力已经消失。诊断这种失效的原因是非常困难甚至不可能的。无论设计什么电路，都需要考虑所用设备的工作寿命和失效机制，以及在允许的极端使用条件下是否存在潜在问题或压力源，以及设备是否会损坏。任何这样的问题都要考虑，在最终的设计中尽量最小化。

那么如何有效地找到无效的电子元器件，更换或修复问题呢？

当调试过程中，当电路不能工作或工作异常时。首先，通过动态观察法，在线路设备通电的情况下，通过听、看、摸、闻等方法判断电子元件的故障。例如：听设备是否有异常声音仔细看电路内是否有冒烟、火花等情况；摸摸元件，电路是否发烫；闻闻是否有焦糊等气味。也可以通过万用表测量电路中的通断，通过测量正常和异常电路中的各种值来判断。

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