镍锌铁氧体 电感的失效分析
1. 电感的本质
我们通常所说的电感是指电感器件,它是用绝缘线缠绕的电磁感应元件(如漆包线、缠砂线等)。
在电路中,当电流流过导体时,会产生电磁场,电磁场的大小除以电流的大小就是电感。
电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。当电流进入线圈时,线圈周围会产生磁场,磁通量通过线圈。通过线圈的功率越大,磁场越强,通过线圈的磁通量越大。实验表明,通过线圈的磁通量与通过线圈的电流成正比,它们的比值称为自感系数,也称为电感系数。
1.2 电感分类
按电感形式分类:固定电感、可变电感。
按导体性质分类:空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。
按工作性质分类:天线线圈、振荡线圈、扼流圈、陷波线圈、偏转线圈。
按绕组结构分类:单层线圈、多层线圈、蜂窝线圈。
按工作频率分类:高频线圈、低频线圈。
按结构特点分类:磁芯线圈、变感线圈、颜色编码电感线圈、无芯线圈等。
空心电感器、磁芯电感器和铜芯电感器一般为中高频电感器,而铁芯电感器多为低频电感器
1.3 电感器材料及工艺
电感器通常由骨架、绕组、屏蔽盖、封装材料和磁芯组成。
1)骨架:一般指缠绕线圈的脚手架。它通常由塑料、电木和陶瓷制成,并可根据实际需要制成不同的形状。较小的电感器通常不使用骨架,而是将漆包线直接缠绕在磁芯上。空心电感器不是磁芯、骨架或屏蔽层,而是缠绕在模具周围,然后从模具中取出,并在线圈之间拉动一定距离。
2)绕组:指一组具有指定功能的线圈,分为单层和多层。单层有两种形式:密集绕组和间绕组;分层平绕、随机绕组、蜂巢式绕组等种类繁多。
3)磁芯:一般采用镍锌铁氧体或锰锌铁氧体等材料,有“I”形、圆柱形、帽形、“E”形、罐体形等多种形状。
铁芯:主要以硅钢片、坡莫合金等为主,其形状多为“E”型。
4)屏蔽:用于避免某些电感器在运行过程中产生的磁场影响其他电路和元件的正常运行。带屏蔽的电感器会增加线圈损耗并降低 Q 值。
5)封装材料:一些电感器(如彩色编码电感器、彩色环形电感器等)用封装材料缠绕密封,以密封线圈和铁芯。封装材料为塑料或环氧树脂等。
1.4 电感的主要参数
1)电感:又称自感系数,是表示电感产生自感能力的物理量。
这
电感的大小主要取决于线圈的线圈数、绕组方式、铁芯的存在与否以及铁芯的材料等。一般来说,线圈数量越多,线圈缠绕的密度越大,电感越大。有磁芯的线圈比没有磁芯的线圈具有更大的电感;磁芯的磁导率越高,电感越大。
应用的工作频率越高,电感器的尺寸就越小
对于相同的阻抗值,频率越高,电感越小
电感值小,可减少匝数,可使电感尺寸更小
电感值小,材料的磁导率不需要太高
(材料的磁导率越高,越不适合高频操作)。
2)允许偏差:指电感器上的标称电感与实际电感之间的允许误差值。一般振荡或滤波电路中使用的电感精度要求高,允许偏差为±0.2%~±0.5%;但是,对线圈的精度要求如耦合和高频电流阻断等并不高;允许偏差为±10%~15%。
3)固有频率:电感的等效电路实际上是电感和电容的并联谐振电路,其振荡频率
f0= 是固有频率。
它也被定义为对应于电感和电容电抗相等的自谐振频率。使用电感线圈时,为了保证线圈电感的稳定性,线圈的工作频率应远低于固有频率。
4)分布电容:指线圈匝数之间、线圈与铁芯之间的电容。电感的分布电容越小,其稳定性越好。
降低分布式电容的方法:
1) 如果磁性是导体,请使用介电常数低的材料
2)起始端和端端相距较远(角度>40°)。
3)尽量做单层,增加匝间距离
4)多层缠绕时,以渐进的方式进行缠绕,避免来回缠绕
5)直流电阻Rdc:指被测器件在直流状态下的电阻值为直流电阻,表征器件内部线圈的质量。
6) 阻抗 Z:表征元件对以给定频率流过自身的交流电流的总电阻。
7)品质因数:又称Q值,是衡量电感质量的主要参数。它是指当电感器在一定频率的交流电压下工作时,感抗与其等效损耗电阻的比值。
电感的Q值越高,其损耗越低,效率越高。在实践中,Q不仅与线圈的直流电阻有关,还包括线圈骨架的介电损耗、磁芯和屏蔽的损耗,以及在高频条件下工作时的趋肤效应。
在选择实际电感器应用时,必须同时考虑小电感波动和高Q值。
8)额定电流Ir:指电感器正常工作时允许通过的最大电流。如果工作电流超过额定电流,电感会因发热而改变其性能参数,甚至因过电流而烧坏。
电感器故障分析
电感失效模式:超容差、开路、电感短路等性能
模制绕线片式电感器失效机理:
1、芯材加工过程中产生的机械应力大,未释放
2、磁芯内有杂质或磁芯材料本身不均匀,影响磁芯的磁场条件,使磁芯的磁导率偏离;
3、烧结引起的烧结裂纹;
4、铜线与铜带浸焊连接时,线圈部分溅有锡液,熔化漆包线的绝缘层,造成短路;
5、铜线细长,与铜带连接时,会造成假焊和开路故障
1.耐焊性
回流焊后低频芯片电感增加