電子元器件的主要失效模式包括但不限于開路、短路、燒毀、爆炸、漏電、功能失效、電參數漂移、非穩定失效等。對于硬件工程師來講電子元器件失效是個非常麻煩的事情，比如某個半導體器件外表完好，但實際上已經半失效或者全失效了，這將導致硬件工程師在硬件電路調試上花費大把的時間，有時甚至引起炸機。

所以掌握各類電子元器件的實效機理與特性是硬件工程師必不可少的知識。下面分類細敘一下各類電子元器件的失效模式與機理。

電阻器失效分析

失效模式：各種失效的現象及其表現的形式。

失效機理：是導致失效的物理、化學、熱力學或其他過程。

1、電阻器的主要失效模式與失效機理

1) 開路：主要失效機理為電阻膜燒毀或大面積脫落，基體斷裂，引線帽與電阻體脫落。

2) 阻值漂移超規范：電阻膜有缺陷或退化，基體有可動鈉離子，保護涂層不良。

3) 引線斷裂：電阻體焊接工藝缺陷，焊點污染，引線機械應力損傷。

4) 短路：銀的遷移，電暈放電。

2、失效模式占失效總比例表

線繞電阻

失效模式         占失效總比例

開路                 90%

阻值漂移         2%

引線斷裂         7%

其他                1%

非線繞電阻

失效模式         占失效總比例

開路                 49%

阻值漂移         22%

引線斷裂         17%

其他                 7%

3、失效機理分析

電阻器失效機理是多方面的，工作條件或環境條件下所發生的各種理化過程是引起電阻器老化的原因。

(1)導電材料的結構變化

薄膜電阻器的導電膜層一般用汽相淀積方法獲得，在一定程度上存在無定型結構。按熱力學觀點，無定型結構均有結晶化趨勢。在工作條件或環境條件下，導電膜層中的無定型結構均以一定的速度趨向結晶化，也即導電材料內部結構趨于致密化，能常會引起電阻值的下降。結晶化速度隨溫度升高而加快。

電阻線或電阻膜在制備過程中都會承受機械應力，使其內部結構發生畸變，線徑愈小或膜層愈薄，應力影響愈顯著。一般可采用熱處理方法消除內應力，殘余內應力則可能在長時間使用過程中逐步消除，電阻器的阻值則可能因此發生變化。

結晶化過程和內應力清除過程均隨時間推移而減緩，但不可能在電阻器使用期間終止。可以認為在電阻器工作期內這兩個過程以近似恒定的速度進行。與它們有關的阻值變化約占原阻值的千分之幾。

電負荷高溫老化：任何情況，電負荷均會加速電阻器老化進程，并且電負荷對加速電阻器老化的作用比升高溫度的加速老化后果更顯著，原因是電阻體與引線帽接觸部分的溫升超過了電阻體的平均溫升。通常溫度每升高10℃，壽命縮短一半。如果過負荷使電阻器溫升超過額定負荷時溫升50℃，則電阻器的壽命僅為正常情況下壽命的1/32。可通過不到四個月的加速壽命試驗，即可考核電阻器在10年期間的工作穩定性。

直流負荷—電解作用：直流負荷作用下，電解作用導致電阻器老化。電解發生在刻槽電阻器槽內，電阻基體所含的堿金屬離子在槽間電場中位移，產生離子電流。濕氣存在時，電解過程更為劇烈。如果電阻膜是碳膜或金屬膜，則主要是電解氧化；如果電阻膜是金屬氧化膜，則主要是電解還原。對于高阻薄膜電阻器，電解作用的后果可使阻值增大，沿槽螺旋的一側可能出現薄膜破壞現象。在潮熱環境下進行直流負荷試驗，可全面考核電阻器基體材料與膜層的抗氧化或抗還原性能，以及保護層的防潮性能。

(2)硫化

有一批現場儀表在某化工廠使用一年后，儀表紛紛出現故障。經分析發現儀表中使用的厚膜貼片電阻阻值變大了，甚至變成開路了。把失效的電阻放到顯微鏡下觀察，可以發現電阻電極邊緣出現了黑色結晶物質，進一步分析成分發現，黑色物質是硫化銀晶體。原來電阻被來自空氣中的硫給腐蝕了。

(3)氣體吸附與解吸

膜式電阻器的電阻膜在晶粒邊界上，或導電顆粒和黏結劑部分，總可能吸附非常少量的氣體，它們構成了晶粒之間的中間層，阻礙了導電顆粒之間的接觸，從而明顯影響阻值。

合成膜電阻器是在常壓下制成，在真空或低氣壓工作時，將解吸部分附氣體，改善了導電顆粒之間的接觸，使阻值下降。同樣，在真空中制成的熱分解碳膜電阻器直接在正常環境條件下工作時，將因氣壓升高而吸附部分氣體，使阻值增大。如果將未刻的半成品預置在常壓下適當時間，則會提高電阻器成品的阻值穩定性。

溫度和氣壓是影響氣體吸附與解吸的主要環境因素。對于物理吸附，降溫可增加平衡吸附量，升溫則反之。由于氣體吸附與解吸發生在電阻體的表面。所以對膜式電阻器的影響較為顯著。阻值變化可達1%~2%。

(4)氧化

氧化是長期起作用的因素（與吸附不同），氧化過程是由電阻體表面開始，逐步向內部深入。除了貴金屬與合金薄膜電阻外，其他材料的電阻體均會受到空氣中氧的影響。氧化的結果是阻值增大。電阻膜層愈薄，氧化影響就更明顯。

防止氧化的根本措施是密封（金屬、陶瓷、玻璃等無機材料）。采用有機材料（塑料、樹脂等）涂覆或灌封，不能完全防止保護層透濕或透氣，雖能起到延緩氧化或吸附氣體的作用，但也會帶來與有機保護層有關的些新的老化因素。

有機保護層的影響

有機保護層形成過程中，放出縮聚作用的揮發物或溶劑蒸氣。熱處理過程使部分揮發物擴散到電阻體中，引起阻值上升。此過程雖可持續1~2年，但顯著影響阻值的時間約為2~8個月，為了保證成品的阻值穩定性，把產品在庫房中擱置一段時間再出廠是比較適宜的。

機械損傷

電阻的可靠很大程度上取決于電阻器的機械性能。電阻體、引線帽和引出線等均應具有足夠的機械強度，基體缺陷、引線帽損壞或引線斷裂均可導致電阻器失效。

電解電容失效

失效模式

1、耗盡失效

耗盡失效（1）

通常電解電容器壽命的終了評判依據是電容量下降到額定（初始值）的80%以下。由于早期鋁電解電容器的電解液充盈，鋁電解電容器的電容量在工作早期緩慢下降。隨著負荷過程中工作電解液不斷修補倍雜質損傷的陽極氧化膜所致電解液逐漸減少。到使用后期，由于電解液揮發而減少，粘稠度增大的電解液就難于充分接觸經腐蝕處理的粗糙的鋁箔表面上的氧化膜層，這樣就使鋁電解電容器的極板有效面積減小，即陽極、陰極鋁箔容量減少，引起電容量急劇下降。因此，可以認為鋁電解電容器的容量降低是由于電解液揮發造成。而造成電解液的揮發的最主要的原因就是高溫環境或發熱。

耗盡失效（2）

由于應用條件使鋁電解電容器發熱的原因是鋁電解電容器在工作在整流濾波（包括開關電源輸出的高頻整流濾波）、功率電爐的電源旁路時的紋波（或稱脈動）電流流過鋁電解電容器，在鋁電解電容器的ESR產生損耗并轉變成熱使其發熱。

當鋁電解電容器電解液蒸發較多、溶液變稠時，電阻率因粘稠度增大而上升，使工作電解質的等效串聯電阻增大，導致電容器損耗明顯上升，損耗角增大。例如對于105度工作溫度的電解電容器，其最大芯包溫度高于125度時，電解液粘稠度驟增，電解液的ESR增加近十倍。增大的等效串聯電阻會產生更大熱量，造成電解液的更大揮發。如此循環往復，鋁電解電容器容量急劇下降，甚至會造成爆炸。

耗盡失效（3）

漏電流增加往往導致鋁電解電容器失效。

應用電壓過高和溫度過高都會引起漏電流的增加

2、壓力釋放裝置動作

壓力釋放裝置動作

為了防止鋁電解電容器中電解液由于內部高溫沸騰的氣體或電化學過程而產生的氣體而引起內部高氣壓造成鋁電解電容器的爆炸。為了消除鋁電解電容器的爆炸，直徑8毫米以上的鋁電解電容器均設置了壓力

釋放裝置，這些壓力釋放裝置在鋁電解電容器內部的氣壓達到尚未使鋁電解電容器爆炸的危險壓力前動作，泄放出氣體。隨著鋁電解電容器的壓力釋放裝置的動作，鋁電解電容器即宣告失效。

鋁電解電容器壓力釋放裝置（中間的十字）

電化學過程導致壓力釋放裝置動作

鋁電解電容器的漏電流就是電化學過程，前面已經詳盡論述，不再贅述。電化學過程將產生氣體，這些氣體的聚積將造成鋁電解電容器的內部氣壓上升，最終達到壓力釋放裝置動作泄壓。

溫度過高導致壓力釋放裝置動作

鋁電解電容器溫度過高可能是環境溫度過高，如鋁電解電容器附近有發熱元件或整個電子裝置就出在高溫環境；

鋁電解電容器溫度過高的第二個原因是芯包溫度過高。鋁電解電容器芯包溫度過高的根本原因是鋁電解電容器流過過高的紋波電流。過高的紋波電流在鋁電解電容器的ESR中產生過度的損耗而產生過度的發熱使電解液沸騰產生大量氣體使鋁電解電容器內部壓力及急劇升高時壓力釋放裝置動作。

3、瞬時超溫

通常鋁電解電容器的芯包核心溫度每降低10℃，其壽命將增大到原來的一倍。這個核心大致位于電容器的中心，是電容器內部最熱的點。可是，當電容器升溫接近其最大允許溫度時，對于大多數型號電容器在125℃時，其電解液要受到電容器芯包的排擠（driven），導致電容器的ESR增大到原來的10倍。在這種作用下，瞬間超溫或過電流可以使ESR永久性的增大，從而造成電容器失效。在高溫和大紋波電流的應用中特別要警惕瞬時超溫發生的可能，還要額外注意鋁電解電容器的冷卻。

4、瞬時過電壓的產生

上電沖擊

上電過程中，由于濾波電感釋放儲能到濾波電容器中，導致濾波電容器的過瞬時過電壓。

上電過電壓示意