張 義，施 威，張紅旗，羅俊波，李秀山

?

宇航用PB型疊層片式電感器評(píng)估試驗(yàn)及應(yīng)用建議

張 義1，施 威2，張紅旗1，羅俊波2，李秀山2

（1. 中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京 100029；2. 深圳振華富電子有限公司，廣東深圳 518109）

為驗(yàn)證大電流（PB）型疊層片式電感器（MLCI）應(yīng)用在宇航工程中的可靠性水平及性能參數(shù)冗余量，對(duì)PB型MLCI進(jìn)行了熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、電應(yīng)力及強(qiáng)化壽命等評(píng)估試驗(yàn)，從而掌握了產(chǎn)品在不同應(yīng)用條件下性能參數(shù)的邊界余量和極限耐受能力等試驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，得出了電參數(shù)所呈現(xiàn)變化趨勢(shì)的具體原因。此外，基于評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果的分析，給出了產(chǎn)品在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)和使用指南。

MLCI；評(píng)估試驗(yàn)；極端環(huán)境；可靠性；電學(xué)特性；應(yīng)用建議

疊層片式電感器（Multi-Layer Chip Inductor，MLCI）發(fā)展于20世紀(jì)80年代[1-2]，是電子產(chǎn)品中大量使用的三大無(wú)源元件之一，具有體積小、質(zhì)量輕、磁路閉合、獨(dú)石結(jié)構(gòu)、抗電磁干擾、適合表面貼裝等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子整機(jī)中的振蕩、高頻濾波、電源濾波和旁路濾波[3-5]。MLCI其質(zhì)量和可靠性直接關(guān)系到整機(jī)產(chǎn)品的可靠性，出現(xiàn)任何一種失效模式都可能會(huì)引起整機(jī)故障，甚至整個(gè)任務(wù)的失敗[6]。

宇航元器件評(píng)估技術(shù)，是針對(duì)分析元器件應(yīng)用中關(guān)注的相關(guān)功能、性能和可靠性與規(guī)范之間要求的裕度和余量，以及在設(shè)計(jì)、材料或工藝方面的潛在缺陷，采用高加速應(yīng)力和持續(xù)應(yīng)力的方法以獲得極限能力，評(píng)估元器件在熱、力、電等應(yīng)力作用下可承受的應(yīng)力極限值和失效模式，綜合評(píng)價(jià)元器件極限能力的全過(guò)程[7]。對(duì)于應(yīng)用環(huán)境苛刻、可維修難度高、質(zhì)量可靠性要求高的元器件而言，宇航元器件評(píng)估技術(shù)是該類(lèi)元器件質(zhì)量保證的重要方法之一。

隨著航天器的密集發(fā)射以及對(duì)空間環(huán)境適應(yīng)性的不斷提高，電子元器件在航天裝置中的使用越來(lái)越頻繁，擔(dān)負(fù)的任務(wù)也越來(lái)越重要[8]。目前，文獻(xiàn)對(duì)MLCI可靠性的報(bào)道大多側(cè)重于可靠性失效機(jī)理、可靠性測(cè)試技術(shù)等方面，鮮有報(bào)道對(duì)MLCI從電應(yīng)力、溫度應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力三個(gè)方面展開(kāi)詳細(xì)的評(píng)估試驗(yàn)，考察產(chǎn)品在不同應(yīng)用條件下性能參數(shù)的邊界余量和極限耐受能力，并給出產(chǎn)品的使用建議。而MLCI作為航天器配套選用的重要元器件之一，有必要利用宇航元器件評(píng)估技術(shù)開(kāi)展一系列評(píng)估工作，綜合評(píng)價(jià)產(chǎn)品的各項(xiàng)極限能力。

大電流型（以下稱PB型）MLCI作為航天型號(hào)廣泛選用的一種高可靠性電感器，在評(píng)估試驗(yàn)選型上具有很好的代表性。因此，本文重點(diǎn)選取了PB2012型MLCI作為典型品種，制定了評(píng)估試驗(yàn)方法和要求，對(duì)評(píng)估試驗(yàn)后的各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)變化趨勢(shì)、分析失效原因、合理界定邊界條件。并且，基于試驗(yàn)結(jié)果的分析，給出了PB型MLCI在設(shè)計(jì)及應(yīng)用時(shí)的指導(dǎo)建議，能夠有效預(yù)防應(yīng)用不當(dāng)而發(fā)生產(chǎn)品失效的風(fēng)險(xiǎn)。

1 MLCI典型結(jié)構(gòu)

MLCI是由交互疊加的鐵氧體和內(nèi)導(dǎo)體層所組成[9]，其制造主要方法有干法、濕法和干濕法結(jié)合工藝[10-11]。PB型MLCI采用濕法制造工藝，鐵氧體材料構(gòu)成產(chǎn)品基體，銀線圈居中鑲嵌在鐵氧體內(nèi)部并經(jīng)一定寬度的引出銀線與端頭銀層相連接，端頭從內(nèi)到外由燒結(jié)的銀層、電鍍的鎳層、錫鉛層構(gòu)成三層結(jié)構(gòu)，最終構(gòu)成端面可焊、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的獨(dú)石結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 MLCI結(jié)構(gòu)圖

2 評(píng)估試驗(yàn)方法

對(duì)PB型MLCI采用步進(jìn)加速應(yīng)力和持續(xù)加速應(yīng)力相結(jié)合的評(píng)估方法，評(píng)估試驗(yàn)項(xiàng)目包括功能性能評(píng)估、極限能力評(píng)估和壽命強(qiáng)化，評(píng)估試驗(yàn)項(xiàng)目分解圖見(jiàn)圖2所示。

圖2 評(píng)估試驗(yàn)項(xiàng)目分解圖

2.1 產(chǎn)品功能性能評(píng)估

產(chǎn)品功能性能評(píng)估試驗(yàn)涉及全參數(shù)測(cè)試分析和全溫度范圍參數(shù)測(cè)試分析。其中，全參數(shù)測(cè)試分析主要針對(duì)PB型MLCI特性參數(shù)指標(biāo)的符合性檢測(cè)，以期確認(rèn)待評(píng)估樣品的初始狀態(tài)。而全溫度范圍參數(shù)測(cè)試分析主要針對(duì)PB型MLCI關(guān)鍵應(yīng)用參數(shù)（特性阻抗、直流電阻）在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)（–55~+125℃）的感溫變化情況進(jìn)行驗(yàn)證，以確認(rèn)PB型MLCI關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)在全溫度范圍內(nèi)的變化尺度。

2.2 產(chǎn)品極限能力評(píng)估

根據(jù)GJB1864A的規(guī)定以及航天器用PB型電感器采購(gòu)規(guī)范（航天標(biāo)準(zhǔn)）的要求開(kāi)展極限能力評(píng)估試驗(yàn)，包含介質(zhì)耐電壓、過(guò)載、溫度沖擊、低溫工作、高頻振動(dòng)和引出端強(qiáng)度測(cè)試。分別從電應(yīng)力、溫度應(yīng)力以及機(jī)械應(yīng)力三個(gè)方面對(duì)PB型MLCI的極限耐受力情況進(jìn)行考察，以確認(rèn)產(chǎn)品在不同環(huán)境條件下的最大耐受力情況和邊界余量。產(chǎn)品評(píng)估試驗(yàn)方案及性能指標(biāo)允許偏差范圍分別見(jiàn)表1和表2所示。

2.3 壽命強(qiáng)化試驗(yàn)

壽命強(qiáng)化試驗(yàn)包括兩個(gè)試驗(yàn)條件，條件A：試驗(yàn)時(shí)間2500 h，施加額定電流，試驗(yàn)溫度90 ℃，每隔500 h進(jìn)行電性能（值、DCR值）測(cè)試；條件B：試驗(yàn)時(shí)間1000 h，施加額定電流，試驗(yàn)溫度125℃，每隔500 h進(jìn)行電性能（值、DCR值）測(cè)試。將溫度作為加速因子，并施加不同的通電時(shí)間，以期驗(yàn)證PB型MLCI在極限高溫環(huán)境下的持續(xù)工作能力。

3 評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 樣品選取原則

為了使所選取的樣品具備產(chǎn)品系列覆蓋性及可代表性，評(píng)估試驗(yàn)按照產(chǎn)品阻抗值、額定電流值以及內(nèi)電極結(jié)構(gòu)的不同，分別隨機(jī)抽取PB2012型MLCI（宇航級(jí)）的四款典型產(chǎn)品作為代表樣品，從產(chǎn)品的功能性能、極限能力和壽命三個(gè)方面開(kāi)展評(píng)估考核。

3.2 功能性能試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）全參數(shù)測(cè)試分析

對(duì)于PB型MLCI而言，全參數(shù)測(cè)試分析主要針對(duì)其特性參數(shù)指標(biāo)阻抗值和直流電阻DCR值進(jìn)行檢測(cè)，以此確定待評(píng)估樣品的初始狀態(tài)，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

表1 產(chǎn)品評(píng)估試驗(yàn)方案

Tab.1 Product evaluation test program

表2 產(chǎn)品||值和DCR值精度要求

Tab.2 Product accuracy requirement of |Z| and DCR

通過(guò)對(duì)圖3中四款PB型MLCI產(chǎn)品的參數(shù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析，四款PB型MLCI的值及DCR值參數(shù)批次間一致性較好其中，||值變化率在–12.38%~+8.96%范圍內(nèi)波動(dòng)，DCR值變化率在–16.67%~+14.29%范圍內(nèi)變化。

（2）全溫度范圍參數(shù)測(cè)試分析

在–55~+125℃溫度范圍內(nèi)每隔20℃（保溫5 min）進(jìn)行一次阻抗||值和直流電阻DCR值的測(cè)試，計(jì)算出產(chǎn)品關(guān)鍵電性參數(shù)在全溫度范圍內(nèi)的變化尺度，對(duì)產(chǎn)品在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的感溫變化情況進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

(a)值

(b) DCR值

圖3 四款PB電感器的參數(shù)測(cè)試結(jié)果

Fig.3 The parameters test results of four types of inductors

(a)值極差

(b) DCR值極差

圖4 –55~+125℃范圍內(nèi)電性參數(shù)變化量

Fig.4 The electrical parameter variation at –55~+125℃

從圖4中顯示的數(shù)據(jù)來(lái)看，隨著阻抗值的增加，產(chǎn)品的電性極差值也隨之增大。其中，PB2012-000/2A和PB2012-000/4A這類(lèi)低阻抗MLCI電性結(jié)果表現(xiàn)出良好的溫度穩(wěn)定性和電性一致性。PB2012-601/1A高阻抗電感器在–55~+125℃溫度范圍內(nèi)，20只樣品的值極差最大達(dá)到112.9 Ω，不到設(shè)計(jì)值的20%，溫度穩(wěn)定性表現(xiàn)稍弱于低阻抗產(chǎn)品，而DCR值極差最大只有10.7 mΩ。

一般假設(shè)，任一批次合格產(chǎn)品的值與DCR值基本符合正態(tài)分布（，2），且平均值在設(shè)計(jì)值附近。就數(shù)值而論，內(nèi)導(dǎo)線圈數(shù)越高，阻抗值越大，即越大，標(biāo)準(zhǔn)差也可能越大，/可衡量電性參數(shù)集中程度。

電性參數(shù)分布主要依賴于：（1）內(nèi)線圈結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；（2）材料本身性能集中度；（3）工藝制作的分散水平這三個(gè)方面。從兩款低阻抗PB型MLCI的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)全同，生產(chǎn)也是基于同一種NiCuZn鐵氧體材料制備而成的，實(shí)際電特性結(jié)果一致性較好，說(shuō)明產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝控制水準(zhǔn)比較高。高阻抗的PB型MLCI測(cè)試結(jié)果的電性一致性相對(duì)較差，主要是因?yàn)楫a(chǎn)品內(nèi)線圈圈數(shù)較高和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部磁路存在一定的差異性，因而產(chǎn)品的電性一致性相對(duì)較差。

3.3 極限評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）介質(zhì)耐電壓

介質(zhì)耐電壓試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

（a）PB2012-601/1A

（b）PB2012-000/2A

（c）PB2012-800/3A

（d）PB2012-000/4A

圖5 介質(zhì)耐電壓試驗(yàn)結(jié)果

Fig.5 The dielectric withstand voltage test results

從圖5中的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，四款產(chǎn)品在650 V及更小的電壓下，漏電流測(cè)試值低于標(biāo)準(zhǔn)值100 μA的一半，當(dāng)耐壓值達(dá)到700 V或750 V后，四款PB型MLCI的磁體介質(zhì)漏電流開(kāi)始飆升，部分產(chǎn)品開(kāi)始超過(guò)100 μA，達(dá)到試驗(yàn)終止條件。當(dāng)耐壓值達(dá)到700 V時(shí)，漏電流超標(biāo)的產(chǎn)品，表面并無(wú)飛弧或燒傷變色，介質(zhì)結(jié)構(gòu)保持良好，但從后續(xù)測(cè)試結(jié)果反映出產(chǎn)品內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)此時(shí)已經(jīng)發(fā)生了不可逆的變化。

產(chǎn)品的耐電壓能力主要由磁電介質(zhì)本身的材料參數(shù)及宏觀的厚度決定，微觀上銀導(dǎo)體的外沿形貌也對(duì)耐壓存在影響，銀燒結(jié)時(shí)的擴(kuò)散、銀電極外沿毛邊突起等，都可能降低耐壓水平。四款PB型MLCI產(chǎn)品的原材料設(shè)計(jì)采用了同一種鐵氧體材料，材料的介電性能即耐受電場(chǎng)強(qiáng)度的能力是恒定的，因此，介質(zhì)膜厚度是決定介質(zhì)耐壓值的首要變量，PB型MLCI產(chǎn)品設(shè)計(jì)膜厚基本相同，因而所有產(chǎn)品漏電流開(kāi)始飆升（絕緣性能開(kāi)始劣化）的區(qū)間是相同的，均在（700±50）V上下。當(dāng)電壓超過(guò)這一區(qū)間后，再恢復(fù)低壓進(jìn)行測(cè)試，漏電流水平不能完全恢復(fù)，仍高于原狀態(tài)5%~20%不等，并且漏電流水平與保壓時(shí)間也有關(guān)。這說(shuō)明當(dāng)電壓超過(guò)（700±50）V后，擊穿效果有殘余，產(chǎn)品內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化不可逆。而在（700±50）V以下時(shí)，電壓的高低變化不存在殘余效果，產(chǎn)品內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化是可逆的。

（2）過(guò)載試驗(yàn)

過(guò)載試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 過(guò)載試驗(yàn)結(jié)果

Tab.3 The overload test results

從表3中的過(guò)載試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在試驗(yàn)條件A和B下，所有產(chǎn)品至少能夠承受3倍以上的額定電流。當(dāng)電流超過(guò)最大電流一個(gè)步進(jìn)值時(shí)，產(chǎn)品端頭開(kāi)始發(fā)黑，未發(fā)生爆裂現(xiàn)象。

PB型MLCI的內(nèi)電極銀線是一種良好的熱導(dǎo)體，熱阻系數(shù)為0.1 m℃/W，鐵氧體導(dǎo)熱能力介于氧化鋁瓷與云母之間，在5~60 m℃/W，散熱能力略優(yōu)于云母電容。當(dāng)產(chǎn)品兩端通過(guò)電流時(shí)，由于產(chǎn)品尺寸小，導(dǎo)線（熱源）居中而均勻，散熱能力較強(qiáng)，使得MLCI內(nèi)外溫差保持在較低的水準(zhǔn)，MLCI內(nèi)部的溫度近似于MLCI外表面的溫度。當(dāng)施加更大的電流時(shí)，根據(jù)=2，導(dǎo)線單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系呈現(xiàn)二次方增加，但是散熱能力與溫度的關(guān)系卻為線性關(guān)系，當(dāng)電流增加到一定程度后，MLCI的溫度急劇增加，由于內(nèi)電極銀和磁體鐵氧體材料的熔點(diǎn)都比錫的熔點(diǎn)高，因此，MLCI的溫度增加時(shí)，錫首先發(fā)生融化，從而導(dǎo)致錫層發(fā)生脫落，導(dǎo)致MLCI產(chǎn)生導(dǎo)電不良的現(xiàn)象。同時(shí)，在負(fù)載情況下，當(dāng)溫度超過(guò)200℃時(shí)，鐵氧體磁性受溫度影響，其磁化強(qiáng)度可能發(fā)生劇變，導(dǎo)致產(chǎn)品的功能發(fā)生退化。因而在這種高溫或負(fù)載高于3倍而散熱環(huán)境差的情況下，產(chǎn)品的功能會(huì)發(fā)生退化。

（3）溫度沖擊

溫度沖擊試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

從試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，四款產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)全部試驗(yàn)條件后均保持完好并未發(fā)生失效，所有產(chǎn)品都可承受100次溫度循環(huán)沖擊以上。100次溫度循環(huán)沖擊內(nèi)，四款PB型MLCI的值極差最大才30 Ω，最小為0.5 Ω，DCR值極差最大為8.4 mΩ，最小為1.5 mΩ。在溫度沖擊試驗(yàn)中，產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)局部冷凝的狀況。如果產(chǎn)品存在細(xì)微裂紋，一些冷凝水會(huì)慢慢滲入微觀裂縫中，這些殘留的冷凝水在低溫環(huán)境下結(jié)冰、膨脹，導(dǎo)致產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，電性能降低，甚至是失效。MLCI作為一種獨(dú)石結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，具有良好的致密性，可以抵抗外界溫度環(huán)境的沖擊。從實(shí)際結(jié)果看，溫度沖擊對(duì)產(chǎn)品的性能影響也很小，100次溫度沖擊后產(chǎn)品均表現(xiàn)出良好的參數(shù)穩(wěn)定性。

（4）低溫工作

低溫工作試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

從圖7四款PB型MLCI的低溫工作試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)低溫工作試驗(yàn)后，所有樣品狀態(tài)保持完好，產(chǎn)品的值較初始值都有一定的上升，而DCR值變化不一。低溫工作模擬的是產(chǎn)品在低溫環(huán)境下和施加電流的狀況下的試驗(yàn)，產(chǎn)品同時(shí)受溫度應(yīng)力和電應(yīng)力的雙重作用，當(dāng)施加一定時(shí)長(zhǎng)的額定電流，產(chǎn)品的磁感應(yīng)強(qiáng)度受到影響，從而導(dǎo)致值有所增加；根據(jù)直流電阻計(jì)算公式（為電阻率，為長(zhǎng)度，為橫截面積）可知，DCR值大小主要與印刷的銀漿特性、印刷銀線的線長(zhǎng)線寬線厚有關(guān)。印刷用銀漿對(duì)溫度的敏感度低，而線長(zhǎng)由網(wǎng)版設(shè)計(jì)決定，不會(huì)發(fā)生變化，因此，DCR值主要取決于銀線的寬度和厚度。基于目前的工藝水平，銀線印刷寬度和厚度無(wú)法完全做到理論上的完全一致，銀線印刷寬度精度可以控制在±2 μm左右，厚度精度控制在±2 μm左右，導(dǎo)致產(chǎn)品DCR值出現(xiàn)變化不一的現(xiàn)象。

（a）PB2012-601/1A

（b）PB2012-000/2A

（c）PB2012-800/3A

（d）PB2012-000/4A

圖6 溫度沖擊試驗(yàn)結(jié)果

Fig.6 The temperature concussion test results

（a）PB2012-601/1A

（b）PB2012-000/2A

（c）PB2012-800/3A

（d）PB2012-000/4A

圖7 低溫工作試驗(yàn)結(jié)果

Fig.7 The low-temperature work test results

（5）高頻振動(dòng)

高頻振動(dòng)試驗(yàn)條件及方法依據(jù)GJB360B-2009中方法204的規(guī)定，振動(dòng)量級(jí)分別從試驗(yàn)條件B（頻率范圍10~2000 Hz，加速度15 g）直至試驗(yàn)條件G（頻率范圍10~500 Hz，加速度30 g）[12]，試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

（a）PB2012-601/1A

（b）PB2012-000/2A

（c）PB2012-800/3A

（d）PB2012-000/4A

圖8 高頻振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

Fig.8 The high-frequency vibration test results

從圖8高頻振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果可知，四款PB型MLCI產(chǎn)品的高頻振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)各種高頻振動(dòng)后，高阻抗產(chǎn)品的值會(huì)隨著振動(dòng)加速度的增加，表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。這是由于鐵氧體的磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)力的敏感性呈現(xiàn)正反饋關(guān)系，高圈數(shù)的MLCI阻抗高，因此對(duì)應(yīng)力的敏感度更高。而DCR值與印刷銀線的寬度和厚度有關(guān)，對(duì)高頻振動(dòng)應(yīng)力的敏感度不大，因而變化比較小。

（6）引出端強(qiáng)度

引出端強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

（a）PB2012-601/1A

（b）PB2012-000/2A

（c）PB2012-800/3A

（d）PB2012-000/4A

圖9 引出端強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

Fig.9 The terminal intensity test results

從圖9引出端強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可知，全部試驗(yàn)樣品均能承受20 N端頭拉力而無(wú)損傷。隨著拉力的增大，值相對(duì)于初始值有一定的增加，DCR值則增減不一。引出端強(qiáng)度試驗(yàn)考察的是機(jī)械應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和電性的影響，在一定拉力范圍內(nèi)，產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)對(duì)產(chǎn)品阻抗值產(chǎn)生正反饋關(guān)系；而DCR值變化不一的原因與低溫工作下原理相同。DCR值主要取決于銀線的寬度和厚度?；谀壳暗墓に囁?，銀線印刷寬度和厚度無(wú)法完全做到理論上的完全一致，導(dǎo)致產(chǎn)品DCR值出現(xiàn)變化不一的現(xiàn)象。當(dāng)使用25 N拉力時(shí)，超出端頭的銀層與引出端銀結(jié)合強(qiáng)度，導(dǎo)致二者的分離。因此，產(chǎn)品在使用時(shí)，端頭禁止承受超過(guò)25 N的力。

3.4 壽命強(qiáng)化試驗(yàn)結(jié)果分析

壽命強(qiáng)化試驗(yàn)是為了模擬元件在使用狀態(tài)條件下的可靠性。將產(chǎn)品置于90℃和125℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間考核。試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

經(jīng)過(guò)所有的試驗(yàn)條件后，產(chǎn)品的電性能仍符合標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著測(cè)試時(shí)間的增加，值相比于初始值都有所上升，但DCR值變化不一。在高溫下壽命考核過(guò)程就是MLCI在熱應(yīng)力的條件下加速老化的過(guò)程。在此過(guò)程中，MLCI受長(zhǎng)時(shí)間的熱應(yīng)力的影響，值一般會(huì)下降，而圖10中結(jié)果顯示值出現(xiàn)上升的狀況，這是因?yàn)楫a(chǎn)品同時(shí)受溫度應(yīng)力和電應(yīng)力的雙重作用，施加額定電流會(huì)影響產(chǎn)品在高溫環(huán)境下的磁感應(yīng)強(qiáng)度，使得||值有所增加；DCR值的變化不一原因與低溫工作原理相同，與環(huán)境的溫度無(wú)關(guān)，即高溫同樣對(duì)DCR不敏感。

4 應(yīng)用建議

根據(jù)以上評(píng)估試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合材料特性，對(duì)MLCI在用戶使用過(guò)程中給出以下建議：

（1）產(chǎn)品對(duì)–55~+125℃內(nèi)的溫度變化或溫度沖擊，有良好的耐受性，性能容易恢復(fù)到常溫水平。但在低溫（–60~–35℃）或高溫（100~150℃）以上長(zhǎng)期工作電性變化率超過(guò)10%或更高。即電應(yīng)力和溫度應(yīng)力疊加會(huì)加速電性的飄移。產(chǎn)品能夠經(jīng)受住短時(shí)間超溫度范圍使用，且產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生明顯變化。長(zhǎng)時(shí)間超溫度范圍使用需根據(jù)具體溫度條件進(jìn)行評(píng)估。

（2）MLCI對(duì)于熱應(yīng)力、電應(yīng)力及機(jī)械應(yīng)力都有一定的敏感性。阻抗比直流電阻敏感性高，高阻抗型號(hào)敏感性略高于低阻型號(hào)。單獨(dú)施加熱、電、機(jī)械應(yīng)力時(shí)，90%產(chǎn)品阻抗值變化幅值在±8%以內(nèi)；幾項(xiàng)應(yīng)力疊加時(shí)，阻抗值變化率在±15%以內(nèi)。因此，在選用高阻抗值MLCI時(shí)應(yīng)充分考慮綜合應(yīng)力后產(chǎn)品參數(shù)變化量對(duì)電路設(shè)計(jì)的影響。

（3）電路設(shè)計(jì)時(shí)，建議所施加電壓不超過(guò)額定電壓的1.5倍，選用高阻抗值MLCI應(yīng)盡量避免在高強(qiáng)度振動(dòng)環(huán)境下使用或根據(jù)振動(dòng)條件進(jìn)行評(píng)估，以上情況下可能造成產(chǎn)品不可逆的電性變化和使用壽命的縮短。

（4）使用時(shí)禁止端頭承受大于25 N的拉力或其他機(jī)械應(yīng)力，電路中通過(guò)MLCI過(guò)負(fù)載電流不允許超過(guò)額定電流值的3倍，此類(lèi)情況下易造成產(chǎn)品的永久性失效。

（a）PB2012-601/1A

（b）PB2012-000/2A

（c）PB2012-800/3A

（d）PB2012-000/4A

圖10 壽命強(qiáng)化試驗(yàn)結(jié)果

Fig.10 The test results of life strengthening

5 結(jié)論

對(duì)宇航用PB型MLCI開(kāi)展的評(píng)估試驗(yàn)進(jìn)行了結(jié)果分析，總結(jié)出不同應(yīng)力條件下產(chǎn)品的極限耐受能力，基于試驗(yàn)分析結(jié)果并結(jié)合MLCI材料特性給出了使用建議，對(duì)用戶選型使用提供了參考和借鑒。

[1] TOPFER J, MURBE J, ANGERMANN A, et al. Soft ferrite mateials for multilayer inductors [J]. Int J Appl Ceram Technol, 2006, 3(6): 455-462.

[2] TSAY C Y，LIU K S, LIN T F, et al. Microwave sintering of NiCuZn ferrites and multilayer chip inductors [J]. J Magn Magn Mater, 2000, 209(1/2/3): 189-192.

[3] 丁曉鴻, 樊應(yīng)縣, 施威, 等. 引出結(jié)構(gòu)對(duì)片式電感器可靠性影響的研究 [J]. 電子元件與材料, 2012, 31(2): 61-63.

[4] 劉燕芳, 郭海波, 潘啟智, 等. 多層陶瓷電容器的失效分析 [J]. 電子元件與材料, 2010, 29(11): 72-74.

[5] 蘇宏, 楊邦朝, 杜曉松, 等. 疊層式LTCC低通濾波器設(shè)計(jì) [J]. 電子元件與材料, 2006, 25(7): 72-74.

[6] 張洪偉, 夏泓, 江理東, 等. 宇航元器件極限評(píng)估技術(shù)研究 [J]. 電子元件及材料, 2011, 30(11): 72-76.

[7] 肖倩, 丁曉鴻, 賈穎, 等. 片式電感器篩選方法 [J]. 電子工藝技術(shù), 2008, 29(5): 266-268.

[8] 褚衛(wèi)華, 陳循, 陶俊勇, 等. 高加速壽命試驗(yàn)(HALT)與高加速應(yīng)力篩選(HASS) [J]. 強(qiáng)度與環(huán)境, 2002, 29(4): 23-37.

[9] 陳暉, 李紅兵, 季幼章. 片式電感器的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) [J]. 電源世界, 2012(11): 113-117.

[10] 高永毅, 樊應(yīng)縣, 蔣錦艷, 等. 疊層片式大電流磁珠的成型工藝 [J]. 電子元件與材料, 2011, 30(8): 20-23.

[11] JEAN J H, LIN S C. High-frequency ceramic inductor formulation: US 6228788 B1 [P]. 2001-08-05.

[12] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GJB 360B-2009電子及電氣元件試驗(yàn)方法[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2009.

（編輯：陳渝生）

Evaluation test and application suggestion of PB-type multi-layer chip inductors for aerospace engineering

ZHANG Yi1, SHI Wei2, ZHANG Hongqi1, LUO Junbo2, LI Xiushan2

(1. China Academy of Space Technology, Beijing 100029, China; 2. Shenzhen Zhenhua Fu Electronics Co., Ltd, Shenzhen 518109, Guangdong Province, China)

To verify the reliability and performance parameter redundancy of the PB-type multi-layer chip inductor (MLCI) in its applications in aerospace engineering, this study tested the thermal stress, mechanical stress, electrical stress, and strengthening life on PB type MLCI. Data was collected regarding the margin of boundary value and ultimate tolerance of performance parameters of the products under different application conditions. The specific reasons for the change trend of the electrical parameters are summarized based on the analysis of the experimental results. In conclusion, this study is able to determine the precautions and guidelines for the design and application of the product.

MLCI; evaluation test; extreme condition; reliability; electrical characteristic; application suggestion

10.14106/j.cnki.1001-2028.2017.05.019

TM277

A

1001-2028（2017）05-0091-09

2017-04-23

張義

張義（1982－），男，河北滄州人，工程師，主要從事宇航用元器件質(zhì)量保證工作，E-mail: zy_pb@163.com ；施威（1978－），男，湖北咸寧人，高級(jí)工程師，主要從事片式電感器設(shè)計(jì)、工藝及可靠性研究，E-mail: 233822433@qq.com 。

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2017-05-11 13:28

http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1241.TN.20170511.1328.019.html