一、短路故障（Short Circuit）

短路是电路中不同节点之间发生异常低阻连接，常导致过流、器件损伤或 PCB 烧毁。

1. 短路的常见成因

• 元器件内部短路（如 MOSFET、钽电容、MLCC 的介质击穿）

• PCB 制程缺陷（焊桥、连锡、金属屑）

• 外力损伤导致线路压伤

• 电源瞬态冲击导致器件内部击穿

• 虫害、潮湿造成导电污染（高湿环境常见）

2. 快速识别方法

（1）万用表电阻法

• 断电后，用万用表测量电源线 VCC 与 GND 的阻值。

• 若阻值明显低于设计值（如 < 10 Ω），说明存在短路。

（2）电流注入/热成像法

• 低压大电流注入电源轨（如 0.5–1V）。

• 使用热像仪或酒精挥发法找发热点。

• 发热最快的位置即短路源。

（3）逐级断线排查

• 对多层板，可逐个断开子模块排查。

• 包括移除可疑元件、切断电源分支。

（4）常用信号测量

• 若带电测量，短路会导致供电纹波增大、模块不正常启动、异常噪声。

二、开路故障（Open Circuit）

开路是指电路连接点断开，形成高阻或不导通。

1. 开路的典型原因

• 焊点虚焊、裂焊（SMD 元件最常见）

• PCB 走线断裂、过孔开裂（振动、热循环导致）

• 插接件松脱、触点氧化

• 保险丝熔断

• 机械冲击导致器件脚断裂

2. 开路的识别方法

（1）万用表导通测试

• 测试可疑节点之间是否连通。

• 若显示 OL 或阻值很大，则可能开路。

（2）示波器波形分析

• 在开路情况下，波形通常表现为：

• 信号幅度变小或完全消失

• 输出漂浮

• 噪声明显升高

（3）X-Ray 检查（尤其针对 BGA）

• 用于检测 BGA、QFN 封装的裂焊、空洞。

（4）加压挠曲法（用于虚焊检测）

• 对 PCB 板轻轻挠曲，当板形变导致波形、电压改变时，说明存在不稳定焊点。

三、热失效（Thermal Failure）

热失效是指器件因过热导致性能退化、参数漂移甚至物理损坏。

1. 热失效的成因

• 散热不足（布局堆叠、铜箔面积不足、无散热过孔）

• 环境温度过高

• 负载过大，超出额定功率

• 反复热循环导致材料疲劳

• 热应力导致焊点裂开或元件脱落

2. 热失效的识别方法

（1）热像仪/点温枪

• 观察各元件温度分布，找到异常发热点。

（2）工作电压、电流漂移监测

• 长时间工作后若出现：

• 电压下降

• 漏电流增加

• 输出偏移
  → 多为器件参数漂移引起的热失效。

（3）温度上升曲线分析

• 在恒定负载下记录元件随时间升温的趋势。

• 若温升速度远高于同类产品，说明散热不足。

（4）断续工作法

• 热失效往往会出现：

• 热态故障

• 冷态恢复

• 若设备冷却后恢复正常，可以锁定为热问题。

四、击穿故障（Breakdown Failure）

击穿是指绝缘材料或 PN 结在高压、高能量冲击下崩溃，产生永久性损坏。

1. 常见击穿对象

• MOSFET / IGBT 栅极、体二极管

• MLCC（二次击穿、绝缘层穿孔）

• 钽电容（常见灾难性失效）

• 稳压二极管、TVS 的反向击穿

2. 击穿的成因

• 过压（浪涌、电感反冲、雷击）

• 不良设计导致瞬态尖峰超额定值

• ESD 静电

• 电源滤波不足

• 器件质量差、批次问题

3. 击穿的识别方法

（1）万用表正反向测试

• 对二极管/MOS 进行正反向电阻测试。

• 若正反向均为低阻，则可能击穿。

（2）静态特性分析

• 对 MOSFET 测量 Rds(on)、漏电流。

• 击穿后会出现：

• Rds(on) 极低（短路式击穿）

• 漏电流极高（栅氧破坏）

（3）显微镜或 X-Ray 观察

• 击穿会产生烧穿点、碳化痕迹。

（4）示波器过压记录

• 在快变负载下观察是否存在反向尖峰。

• 若尖峰 > 器件额定耐压，则击穿概率极高。

五、系统化的电路失效分析流程（FA 流程）

以下为工程中常用的系统级 FA 步骤，可用于研发、维修、质量管理：

1. 信息收集

• 产品工作环境（温度、湿度、震动）

• 故障发生时的状态（开机、关机、瞬时负载变化）

• 使用年限与批次信息

2. 失效定位

• 使用万用表、示波器、热像仪定位异常点

• 断电查阻值、带载测波形、电源纹波分析

3. 失效验证

• 重现故障（温度循环、振动测试、电压应力测试）

• 验证故障能否稳定出现

4. 物理分析

• X-Ray、切片分析（MLCC、MOS 常用）

• 显微镜观察裂纹、烧蚀点、虚焊

5. 机理分析

判断故障属于：

• 短路？

• 开路？

• 热失效？

• 击穿？
  并确定根因是：

• 设计缺陷？

• 选型问题？

• 制程问题？

• 使用环境问题？

6. 改进措施

• 更换器件型号、提高耐压/温度等级

• 优化 PCB 布局（隔离、散热、过孔）

• 增强浪涌保护（TVS、RC Snubber、MOS 保护）

• 质量管理（IQC 抽检、工艺能力提升）

六、不同失效模式的对比速查表

七、设计/生产阶段的预防建议

1. 设计层面

• 给器件留足余量（耐压 ≥ 1.5 倍、温度 ≥ 20% 裕量）

• 合理布局：高频/功率器件与敏感器件隔离

• 增加 TVS、压敏、RC 吸收等保护

2. PCB 设计

• 增大铜箔面积、通过孔散热

• 避免尖锐走线与不均匀铜面

• 关键节点间保持足够间距（CTI）

3. 生产工艺

• 回流焊控制温度曲线

• 预防焊桥、虚焊、空洞

• AOI + X-Ray 双重检测

4. 使用环境

• 高湿度环境需防潮处理

• 汽车、工业设备需加强防振设计

• 过载条件下应配置保护电路

结语

短路、开路、热失效与击穿是电子系统中最常见的四类失效模式。掌握其识别方式、测试手段及诊断思路，不仅有助于准确定位故障，也能为设计优化与质量管理提供重要依据。无论你从事研发、维修还是供应链管理，这套系统化的失效分析方法，都能显著提升产品的可靠性与工程效率。