片式电阻的主要失效机理及失效模式

片式电阻的主要失效机理与失效模式

1．什么是片式电阻，片式电阻的概念。

片式电阻器又称为片式电阻，也叫表面贴装电阻，它与它片式元器件（SMC 及SMD）一样，是适用于表面贴装技术（SMT）的新一代无引线或短引线微型电子元件。其引出端的焊接面在同一平面上。片式电阻在电路内的主要作用是降低电压，分担一部分电压即分压，限流保护电路，分流等，也可以用做时间电路元件和传感器等。

2.片式电阻的特性及分类。

表面组装的电阻器是表面组装元气件的组成之一，它属于无源元件，其作用主要供厚膜、薄膜电路作外贴元件用。它一般按两种方式进行分类。按特性与材料分类分为：厚膜电阻、薄膜电阻。按外形结构分类分为：矩形片式电阻、圆柱片式电阻、异形电阻。矩形片式电阻的结构如下图（a）：

（a）矩形片式电阻结构示意图

2.1矩形片式电阻结构介绍：

矩形片式电阻由基板、电阻膜、保护膜、电极四大部分组成。

基板：基板材料一般使用96％的Al2O3（三氧化二铝）陶瓷。基本应具体有良好的电绝缘性，在高温下具有良好的导热性、电性能和一定强度的机械性能。电阻膜：电阻膜是用具有一定电阻率的电阻浆料印刷在陶瓷基本上的，在经过烧结而形成厚膜电阻。电阻浆料一般用RuO2（二氧化钉）。近年来开始使用贱金属系的电阻浆料，比如氧化系（T aN-T a）、碳化系(WC-W)和Cu系材料，目的是降低成本。

保护膜：将保护膜覆盖在电阻膜上，保护膜的主要作用是保护电阻。它一方面起机械保护作用，另一方面使电阻体表面具有绝缘性，避免电阻与邻近导体接触而产生故障。保护膜一般是低熔点的玻璃浆料，进过印刷烧结而成。

电极：电极是为了保证电阻器具有良好的可焊性和可靠性，一般采用三层电极结构：内层电极、中间电极、外层电极。内层电极作用：连接电阻体的内部电极。中间电极是镀镍层，其阻挡作用，提高电阻散热，缓冲焊接的热冲击。外层电极是锡铅层，主要作用是使电极具有可焊性。

3片式电阻常见的失效模式与失效机理。

图（1）线绕电阻失效总比例图（2）非线绕电阻失效总比例

片式电阻的主要失效模式与失效机理为：

1) 开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体受力发生断裂，引线帽与电阻体发生脱落。

2) 阻值漂移超规范：电阻膜有缺陷或退化，基体有可动钠离子，保护涂层不良。

3) 引线断裂：电阻体焊接时发生工艺缺陷，焊点受到杂质的污染，引线受到机械应力的损伤。

4) 短路：发生银离子的迁移以及电晕放电。

3.1薄膜电阻常见的失效模式。

3.1.1概念：

薄膜电阻是一种应用领域比较广泛的通用电子元器件，其制造的过程一般是在陶瓷等基体材料上涂抹一层厚度均匀的导电膜层，然后在基体的两端上带有引线的帽盖，通过对导电膜层进行激光刻阻，使电阻达到所需要的电阻值。如图（b）为片式电阻形状大小

（b）片式电阻形状大小

3.1.2失效机理分析

电阻器失效机理是多方面的，工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。

(1)、导电材料的结构变化：

薄膜电阻的导电膜层一般用气相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。按热力学的观点，无定型结构均具有结晶化的趋势。在电阻工作的环境下，导电膜层中的无定型结构均会以一定的速度趋向结晶生长，也即导电材料内部结

构趋于致密化，这常常会引起电阻的下降。并且当温度升高时结晶化速度也会增加。

电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生变形，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。一般可采用退火等热处理方法消除残余的内应力，残余内的应力可能会在长时间使用过程中逐步消除，电阻器的阻值则可能因此发生变化。

结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓，但不可能在电阻器使用期间终止。可以认为在电阻器工作期内这两个过程以非常缓慢的速度进行。与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。

电负荷高温老化：任何情况，电负荷均会加速电阻器老化进程，并且电负荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著，原因是电阻体与引线帽的接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。通常温度每升高10℃，寿命缩短一半。如果过负荷使电阻器温升超过额定负荷时温升50℃，则电阻器的寿命仅为正常情况下寿命的1/32。可通过不到四个月的加速寿命试验，即可考核电阻器在10年期间的工作稳定性。

直流电电解的作用：在直流负荷作用下，电解作用会导致电阻器老化。电解发生在刻槽电阻器槽内，当存在湿气时，会发生激烈的电解。如果电阻膜是碳膜或金属膜，则主要是电解氧化；如果电阻膜是金属氧化膜，则主要是电解还原。对于高阻薄膜电阻器，电解作用的后果可使阻值增大，沿槽螺旋的一侧可能出现薄膜破坏现象。在潮热环境下进行直流负荷试验，可全面考核电阻器基体材料与膜层的抗氧化或抗还原性能，以及保护层的防潮性能。

(2)、气体吸附与解吸：

膜式电阻器的电阻膜在晶粒边界上，或导电颗粒和黏结剂部分，非常有可能吸附少量的气体，它们构成了晶粒之间的中间层，阻碍了导电颗粒之间的接触，从而明显影响阻值，可以选用气密性良好的电阻。

合成膜电阻器是在常压下制成，在真空或低气压工作时，合成膜将解吸部分气体，这会改善到导电颗粒之间的接错，从而使阻值下降。同样，在真空中制成的热分解碳膜电阻器直接在正常环境条件下工作时，将因气压升高而吸附部分气体，使阻值增大。如果将未刻的半成品预置在常压下适当时间，则会提高电阻器成品的阻值稳定性。

温度和气压是影响气体吸附与解吸的主要环境因素。对于物理吸附，降温可增加平衡吸附量，升温则反之。由于气体吸附与解吸发生在电阻体的表面。所以对膜式电阻器的影响较为显著。阻值变化可达1%-2%。

(3)、氧化：

氧化是长期起作用的因素（与吸附不同），氧化过程是由电阻体表面开始，逐步向内部深入。除了贵金属与合金薄膜电阻外，其他材料的电阻体均会受到空气中氧的影响。氧化的结果是阻值增大。电阻膜层愈薄，氧化影响就更明显。

防止氧化的根本措施是密封（金属、陶瓷、玻璃等无机材料）。采用有机材料（塑料、树脂等）涂覆和灌封，不能完全防止保护层透湿或透气，虽能起到延缓氧化或吸附气体的作用，但也会带来与有机保护层有关的些新的老化因素。

(4)、有机保护层的影响：

有机保护层形成过程中，放出缩聚作用的挥发物或溶剂的蒸气。热处理过程使部分挥发物扩散到电阻体中，引起阻值上升。此过程虽可持续1~2年，但是显著影响阻值的时间约为2~8个月，为了保证成品的阻值稳定性，把产品在库房中