關於失敗原因
可靠性和產品壽命由焊接連接決定
制冷晶片由多個P型和N型熱電晶片構成,並與陶瓷上形成的銅電極焊接在一起。
制冷晶片的焊接點數,以127對模塊居多,為508點。如果包括引線部分,則有 510 個焊接點。由於電路是串聯的,1點510焊點的壽命將決定整個制冷晶片的壽命。
典型故障原因
根據應用的使用條件,制冷晶片的故障原因是不同的。典型的故障原因如下表所示。請參閱每個故障原因的詳細說明。
失敗原因 | 現象 | 發生條件 | 解決方案 |
---|---|---|---|
熱循環疲勞 | 熱電晶片與銅電極的連接處,或熱電晶片本身產生裂紋密集,最終燒壞,不能通電。 | 運行時溫差(ΔT)大或機器熱循環頻率高。 | GL-ll 結構 |
腐蝕 | 銅電極連接焊錫、引線或焊錫等被腐蝕,不能用電操作。 | 具有這種結構的機器可以被冷凝水等濕氣滲透。 | 防潮密封 |
遷移 (短~斷線) |
在冷凝狀態下,熱電晶片與銅電極之間的焊料與銅電極發生遷移,內阻逐漸下降,最終變為無冷卻能力 | 具有這種結構的機器可以被冷凝水等濕氣滲透。 | 防潮密封 |
熱電元件的晶體缺陷 | 在熱電元件的解理面傾斜的情況下,由於焦耳熱的集中,可能導致熱電元件燒壞。 | 如果存在包括傾斜解理面的TE元素。 | 全面QC |
關於熱循環疲勞
這是制冷晶片最典型的故障,自然發生在熱電晶片與銅電極之間的焊接處或熱電晶片本身周圍。由於制冷晶片是利用吸熱(低溫面)和散熱(高溫面)的溫差(ΔT)的裝置,所以自然產生熱應力。最大的熱應力位於制冷晶片拐角處的熱電元件或接合處,熱循環疲勞開始引起裂紋,並緩慢增強。隨著裂紋的發展,裂紋表面會被氧化,該部分的電阻會上升,由於焦耳熱的增加,部分溫度會上升。
關於腐蝕
如果機器需要控制在低於室溫的溫度,肯定會導致結露。這種露水留在制冷晶片中,首先會在焊料部分發生腐蝕。由於焊料連接部分與不同的金屬接觸,焊料包括賤金屬,首先會被腐蝕。如果腐蝕加劇,銅電極也會被腐蝕。最後,無論發生哪種情況,電路都會被切斷以結束其生命。
關於遷移(短~斷線)
與腐蝕一樣,發生在結露的使用條件下。當露水與電極串聯時,由於電極間存在電位差,焊料成分溶出移動,金屬離子濃度增加,在陶瓷上形成沉澱。這種重複的洗脫運動和沈澱會導致短路。結果,制冷晶片的內阻逐漸降低,冷卻能力也隨之降低。熱電元件和電極之間的焊錫連接截面積會變小,使電阻和焦耳熱都上升,最後燒壞或連接部分熔化,導致斷線結束其使用壽命。
熱電元件晶體失效
如果熱電元件沿晶型方向的解理面傾斜較大,一旦晶片因熱應力或機械強度而解理,由於幾何位置和電極的關係,元件上會產生分離,從而在解理面之間產生一些火花, 可能會部分熔化,並且由於焦耳熱增加可能會發生斷開連接。