眾所周知,電阻器是一種非常常見(jiàn)的電子元件,它在家電、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域扮演十分重要的保護(hù)作用。但是,在電阻器的使用過(guò)程中,也許您曾經(jīng)中遇到過(guò),產(chǎn)品在客戶使用一段時(shí)間后,電路卻無(wú)緣無(wú)故失效,電路有可能看起來(lái)完好無(wú)損,也有可能燒毀了一大片。出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是因?yàn)殡娮杵鞒霈F(xiàn)了失效的問(wèn)題。
失效模式:各種失效的現(xiàn)象及其表現(xiàn)的形式。
失效機(jī)理:是導(dǎo)致失效的物理、化學(xué)、熱力學(xué)或其他過(guò)程。
電阻器的主要失效模式與失效機(jī)理為:
1) 開(kāi)路:主要失效機(jī)理為電阻膜燒毀或大面積脫落,基體斷裂,引線帽與電阻體脫落。
2) 阻值漂移超規(guī)范:電阻膜有缺陷或退化,基體有可動(dòng)鈉離子,保護(hù)涂層不良。
3) 引線斷裂:電阻體焊接工藝缺陷,焊點(diǎn)污染,引線機(jī)械應(yīng)力損傷。
4) 短路:銀的遷移,電暈放電。
失效機(jī)理分析
電阻器失效機(jī)理是多方面的,工作條件或環(huán)境條件下所發(fā)生的各種理化過(guò)程是引起電阻器老化的原因。
(1)導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)變化
薄膜電阻器的導(dǎo)電膜層一般用汽相淀積方法獲得,在一定程度上存在無(wú)定型結(jié)構(gòu)。按熱力學(xué)觀點(diǎn),無(wú)定型結(jié)構(gòu)均有結(jié)晶化趨勢(shì)。在工作條件或環(huán)境條件下,導(dǎo)電膜層中的無(wú)定型結(jié)構(gòu)均以一定的速度趨向結(jié)晶化,也即導(dǎo)電材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于致密化,能常會(huì)引起電阻值的下降。結(jié)晶化速度隨溫度升高而加快。
電阻線或電阻膜在制備過(guò)程中都會(huì)承受機(jī)械應(yīng)力,使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變,線徑愈小或膜層愈薄,應(yīng)力影響愈顯著。一般可采用熱處理方法消除內(nèi)應(yīng)力,殘余內(nèi)應(yīng)力則可能在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中逐步消除,電阻器的阻值則可能因此發(fā)生變化。
結(jié)晶化過(guò)程和內(nèi)應(yīng)力清除過(guò)程均隨時(shí)間推移而減緩,但不可能在電阻器使用期間終止??梢哉J(rèn)為在電阻器工作期內(nèi)這兩個(gè)過(guò)程以近似恒定的速度進(jìn)行。與它們有關(guān)的阻值變化約占原阻值的千分之幾。
電負(fù)荷高溫老化:任何情況,電負(fù)荷均會(huì)加速電阻器老化進(jìn)程,并且電負(fù)荷對(duì)加速電阻器老化的作用比升高溫度的加速老化后果更顯著,原因是電阻體與引線帽接觸部分的溫升超過(guò)了電阻體的平均溫升。通常溫度每升高10℃,壽命縮短一半。如果過(guò)負(fù)荷使電阻器溫升超過(guò)額定負(fù)荷時(shí)溫升50℃,則電阻器的壽命僅為正常情況下壽命的1/32??赏ㄟ^(guò)不到四個(gè)月的加速壽命試驗(yàn),即可考核電阻器在10年期間的工作穩(wěn)定性。
直流負(fù)荷—電解作用:直流負(fù)荷作用下,電解作用導(dǎo)致電阻器老化。電解發(fā)生在刻槽電阻器槽內(nèi),電阻基體所含的堿金屬離子在槽間電場(chǎng)中位移,產(chǎn)生離子電流。濕氣存在時(shí),電解過(guò)程更為劇烈。如果電阻膜是碳膜或金屬膜,則主要是電解氧化;如果電阻膜是金屬氧化膜,則主要是電解還原。對(duì)于高阻薄膜電阻器,電解作用的后果可使阻值增大,沿槽螺旋的一側(cè)可能出現(xiàn)薄膜破壞現(xiàn)象。在潮熱環(huán)境下進(jìn)行直流負(fù)荷試驗(yàn),可全面考核電阻器基體材料與膜層的抗氧化或抗還原性能,以及保護(hù)層的防潮性能。
(2)硫化
有一批現(xiàn)場(chǎng)儀表在某化工廠使用一年后,儀表紛紛出現(xiàn)故障。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)儀表中使用的厚膜貼片電阻阻值變大了,甚至變成開(kāi)路了。把失效的電阻放到顯微鏡下觀察,可以發(fā)現(xiàn)電阻電極邊緣出現(xiàn)了黑色結(jié)晶物質(zhì),進(jìn)一步分析成分發(fā)現(xiàn),黑色物質(zhì)是硫化銀晶體。原來(lái)電阻被來(lái)自空氣中的硫給腐蝕了。
(3)氣體吸附與解吸
膜式電阻器的電阻膜在晶粒邊界上,或?qū)щ婎w粒和黏結(jié)劑部分,總可能吸附非常少量的氣體,它們構(gòu)成了晶粒之間的中間層,阻礙了導(dǎo)電顆粒之間的接觸,從而明顯影響阻值。
合成膜電阻器是在常壓下制成,在真空或低氣壓工作時(shí),將解吸部分附氣體,改善了導(dǎo)電顆粒之間的接觸,使阻值下降。同樣,在真空中制成的熱分解碳膜電阻器直接在正常環(huán)境條件下工作時(shí),將因氣壓升高而吸附部分氣體,使阻值增大。如果將未刻的半成品預(yù)置在常壓下適當(dāng)時(shí)間,則會(huì)提高電阻器成品的阻值穩(wěn)定性。
溫度和氣壓是影響氣體吸附與解吸的主要環(huán)境因素。對(duì)于物理吸附,降溫可增加平衡吸附量,升溫則反之。由于氣體吸附與解吸發(fā)生在電阻體的表面。所以對(duì)膜式電阻器的影響較為顯著。阻值變化可達(dá)1%~2%。
(4)氧化
氧化是長(zhǎng)期起作用的因素(與吸附不同),氧化過(guò)程是由電阻體表面開(kāi)始,逐步向內(nèi)部深入。除了貴金屬與合金薄膜電阻外,其他材料的電阻體均會(huì)受到空氣中氧的影響。氧化的結(jié)果是阻值增大。電阻膜層愈薄,氧化影響就更明顯。
防止氧化的根本措施是密封(金屬、陶瓷、玻璃等無(wú)機(jī)材料)。采用有機(jī)材料(塑料、樹(shù)脂等)涂覆或灌封,不能完全防止保護(hù)層透濕或透氣,雖能起到延緩氧化或吸附氣體的作用,但也會(huì)帶來(lái)與有機(jī)保護(hù)層有關(guān)的些新的老化因素。
(5)有機(jī)保護(hù)層的影響
有機(jī)保護(hù)層形成過(guò)程中,放出縮聚作用的揮發(fā)物或溶劑蒸氣。熱處理過(guò)程使部分揮發(fā)物擴(kuò)散到電阻體中,引起阻值上升。此過(guò)程雖可持續(xù)1~2年,但顯著影響阻值的時(shí)間約為2~8個(gè)月,為了保證成品的阻值穩(wěn)定性,把產(chǎn)品在庫(kù)房中擱置一段時(shí)間再出廠是比較適宜的。
(6)機(jī)械損傷
電阻的可靠很大程度上取決于電阻器的機(jī)械性能。電阻體、引線帽和引出線等均應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,基體缺陷、引線帽損壞或引線斷裂均可導(dǎo)致電阻器失效。
以上是創(chuàng)芯檢測(cè)小編整理的《電阻器常見(jiàn)失效模式及其機(jī)理分析》相關(guān)內(nèi)容,希望對(duì)您有所幫助。創(chuàng)芯檢測(cè)是一家電子元器件專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu),目前主要提供電容、電阻、連接器、MCU、CPLD、FPGA、DSP等集成電路檢測(cè)服務(wù)。專精于電子元器件功能檢測(cè)、電子元器件來(lái)料外觀檢測(cè)、電子元器件解剖檢測(cè)、丙酮檢測(cè) 、電子元器件X射線掃描檢測(cè)、ROHS成分分析檢測(cè) 。歡迎致電,我們將竭誠(chéng)為您服務(wù)!