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应用 | 滤波器短路故障分析

来源：广州贝拓科学技术有限公司分类：选购指南 2024-04-12 18:45:04 15阅读次数

引言

经过几十年的发展，我国机载电子技术目前已经形成了一个专业齐全，有一定规模的科研生产体系。机载电子产品的成本已经占据了飞机总成本的已达30%-40%，机载电子系统也已经成为了决定飞机作战效能的重要因素。机载电子产品在调试的过程中可能会出现一些质量问题，针对这些问题，及时找出问题原因，制定解决措施并且举一反三，是质量工作中的重中之重，这有助于提升产品的可靠性、安全性，同时还能降低产品质量成本。文章后续会通过对一滤波器的故障进行分析，分别从故障的确认、分析以及解决三个方面对滤波器故障进行说明。

故障确认

滤波器所在的产品在使用的过程中出现异常，然后对滤波器进行电性能测试，发现滤波器的引出端和滤波壳体短路，电阻为0.8Ω，检测结果如下图所示。首先，利用体视显微镜对外观进行检查，并没有发现焊点桥梁，多余物等造成滤波器短路的现象，因此可以推测是内部存在异常造成短路。X光透视系统可以利用不同材料厚度或不同材料密度对X光的吸收或透过率不同的原理进行成像，常用来检测内部缺陷，因此对短路器件进行X射线透射检查，检查结果如图2所示，发现样品未见断裂、变形、破损、样品螺栓处内部存在金属多余物。

图1 电性能测试结果

图2 X射线检查内部多余物照片

故障分析

虽然能通过X射线检查发现器件内部存在多余物，但无法判断短路故障是否是由多余物导致的以及多余物是如何引入的，所以需要对滤波器进行失效分析。电子元器件物理失效分析是对半导体器件的材料和工艺进行表征和分析的综合性技术，器件所用材料以及元器件的微区形貌、结构和化学组分与失效有直接关系。物理失效分析的最终目的是通过分析手段完成缺陷表征分析，最终确定失效机理。

1、密封性检查

为了确定是否是因为器件气密性存在一场导致多余物引入器件内部，对短波滤波器进行粗检漏实验，粗检漏吴涟序气泡产生，结果合格，说明产品气密性良好。

2、物理开封

开封短路器件，利用体视显微镜进行内部检查，发现样品内部存在多余品，如下图所示。多余物是金属材料，和X射线检查结果一致。对多余物、器件壳体、引出端进行电性能测试，三者短路，取出多余物，引出端和外壳开路，说明多余物是造成滤波器短路的原因。

图3 器件开封照片

3、金相切片分析

金相切片分析是通过取样、镶嵌、切片、抛磨、腐蚀、观察等一系列手段获得焊点横截面的金相结构的过程。对样品螺栓部位进行制样并用金相显微镜进行检查（结果如下图所示），结果为：引出端延伸与绕线组用韩料之间有焊料填充，内部存在空洞，并有再流形貌，说明至少进行过二次加热，并且加热温度足以熔化焊料，该器件在使用时需在引出端电烙铁焊接导线，烙铁温度设置为360℃，焊接时传递的能量可能造成器件内部焊料二次熔融。

图4 金相切片结果

4、能谱分析

对焊接大仙的滤波器进行内部焊点检测及成分分析。该器件由电容器、电感器、中心引线组成，器件内部共有5个焊点。对各焊点进行能谱分析，可以得到三个焊点为高铅焊料，两个为低铅焊料。

图5 未使用样品全貌

5、原因分析

短路器件内部存在金属多余物，对多余物、器件壳体、引出端进行电性能测试，三这段路，去除金属多余物，引出端和外壳开路，说明多余物是造成滤波器短路的主要原因。

对未使用器件分析，结果表面内不存在五个焊点，对焊点进行成分分析，焊点1成分为高铅焊料，焊锡比例约为80%：20%，焊料熔融温度约为270℃。通过对短路器件进行能谱分析，短路器件焊点1为低铅焊料，锡铅比例约为50%：50%，该器件焊点1成分为低铅焊料，锡铅比例约为63%：37%，金属多余物为锡铅焊料，锡铅比例约为50%：50%，该器件焊接导线的焊料成分为Sn63Pb37，与短路器件焊点1成分基本一致，因此判定为导线焊接过程中，烙铁热量传递至器件内部焊点1时，温度高于焊料的熔化温度，导致焊点1发生回流重熔，重熔的焊料沿着器件引出端空隙留到器件内部，同时焊接时的焊料也沿着空隙流入器件内部，高铅焊料与器件自身的低铅焊料混合形成铅锡比例为1:1的金属多余物，而该多余物搭接在引出端和滤波器壳之间，导致短路，造成故障。

6、故障复现

对该问题进行复现，设置电烙铁温度360℃，在不施加焊锡的情况下加热滤波器引出端密封处，在加热时间较长后密封处焊料熔化形成空洞，焊料会沿着空洞流入器件内部，形成多余物。

纠正措施

该器件多余物引入的原因是导线焊接时，温度传递导致器件密封处的焊料熔化，焊料沿着引出端流入器件内部形成多余物，因此电烙铁温度调整至器件密封处焊料熔点以下可有效避免该问题的发生。

总结

本文通过对滤波器短路故障进行分析，运用密封性检查、物理开封、金相切片分析、能谱分析等多个手段进行排查，最终查出短路的根本原因，并从工艺上给出了有效的解决措施，不仅能避免同类问题的再次发生，还对同类故障问题的分析具有参考意义。

参考文献

[1]毛飘,寇宇路,曹德等.一种滤波器短路故障分析[J].机电信息,2024,(05):6-9.DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.05.002.

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