电阻失效分析

片状电阻器开短路失效模式浅析发布时间：2022-10-30T07:57:47.005Z 来源：《科技新时代》2022年第12期6月作者：邢美丽高帅范诚[导读] 片式电阻器广泛用于控制器中，与传统电阻器相比，片状电阻具有重量轻、体积小、组装密度高、易于自动化装配等优点，在电子产品中应用越来越多邢美丽高帅范诚陕西华星电子集团有限公司陕西咸阳 712000摘要：片式电阻器广泛用于控制器中，与传统电阻器相比，片状电阻具有重量轻、体积小、组装密度高、易于自动化装配等优点，在电子产品中应用越来越多。

本文重点对片状电阻失效机理进行浅析。

关键词：热敏电阻；失效分析；可靠性片状电阻等片式元件作为电子电路中的基础元件，因SMT技术的发展广泛应用在各类型电子产品中。

片状电阻优点众多：体积小、重量轻、组装密度高、易标准化装配、成本低等，但是在实际应用中常出现很多问题，当片状电阻器出现开短路及值大、值小等性能问题时，会导致主控板检测电压信号不稳定，进而造成显示器上显示故障代码，直接影响用户对产品运行状态的错误判断，因此，结合过程和售后数据对片状电阻器失效机理及工作可靠性进行研究分析，具有非常重要的意义。

1片状电阻结构和主要失效模式1.1片状电阻的结构片状电阻一般由陶瓷基片、电阻膜、玻璃釉保护层和端电极组成[3]。

片状电阻端电极一般分为三层：①端电极外层，一般为电镀锡（Sn），保证良好的焊接；②中间电极阻挡层，一般为电镀镍（Ni），它起到隔离作用，能有效防止在焊接期间发生“锡吃银”；③端电极内层，端电极内层一般分为面电极、侧电极和背电极，面电极主要成分为银（Ag）或银钯（Ag/Pd）浆料，高温烧结而成，与陶瓷基板及电阻膜有良好的结合力和优良的导电性能。

侧电极一般是真空溅射镍铬（Ni/Cr）合金。

背电极一般为银（Ag）浆料。

电阻膜大多应用钌系浆料，例如二氧化钌浆料、钌酸盐浆料等等。

玻璃釉保护层主要是为了保护电阻膜，一是起到机械保护作用，并在电镀中间电极阻挡层过程中，防止电镀液对电阻膜侵蚀导致阻性变化；二是起到绝缘作用，防止电阻膜与周围导体接触而产生阻值变化。

厚膜片式电阻器硫化机理及失效原因分析摘要：随着经济的发展，电源产品的应用逐渐广泛，而其中密封和散热问题是电源产品在生产时需要考虑的重要问题。

目前，通过DC/DC模块来进行电源散热的应用较为广泛，但此种防抖会刀子厚膜片式电阻阻值增大，导致出现故障。

在本文中，笔者将利用DC/DC模块对电阻进行硫化实验，从而分析出电源失效的原因，并且利用扫描电镜以及能谱的分析，从而深入探析导致电阻器的硫化的原因。

关键词：厚膜片式；电阻器；硫化机理；失效原因对存在故障的DC/DC模块进行分析发现，在故障元件中，很多是因为厚膜片式电阻器由于过压或者过功率导致的电阻阻值增大，最终导致开路问题。

在本文中，在进行电路的分析和计算中发现，电阻的电压额降和功率额降能够满足设计要求，同时存在着很大的富余，但这样仍然使得厚膜片式电阻器的损坏程度较高。

一些研究人员认为这是由于厚膜片式电阻器的本身质量存在缺陷，在投入使用后会发生老化现象，但是在进行可靠性实验的过程中没有将这一缺点暴露出来，当投入使用后为什么会出现诸多的问题呢，因此说，厚膜片式电阻器的失效原因仍然有待探索1、电阻硫化产生的原因探析对于电阻硫化的部位，仅仅出现与厚膜片式电阻器上，而对于其他的电阻器例如轴向引线和膜片式电阻器的影响几乎为零。

对出现问题的厚膜片式电阻器进行分析，其中常见的问题是阻值变大或者出现开路问题。

通过利用电镜和能谱对其进行分析，从中发现厚膜片式电阻器的电极存在硫或者硫的化合物，电阻端电极处的能谱分析如下图所示：在DC/DC使用的模块中应用到的硅胶按照A与B的混合比例为1:1进行混合，其中基础的聚合物为含乙烯基的聚二甲基硅氧烷，交联剂选取的是具有较低的分子质量的含氢硅油，在反应中选取的催化剂为铂系催化剂，当两者开始发生交联反应后，便会发生固化，同时在进行交联反应的过程中加入高温条件，能够极大的缩短固化时间，促进反应的进行。

将上述反应产生的硅胶利用微电子材料和元器件分析中心进行分析发现此种方法产生的硅胶成分中没有硫成分的出现，但是这种硅胶存在着多孔问题。

电阻触摸屏失效分析与VGUS串口屏外接键盘使用方法电阻触摸屏因其性价比高、人机交互简单明了，所以广泛应用于工业控制和仪器仪表等各行业。

但是在重油污、潮湿、强光等恶劣应用场合，触摸屏故障较多，主要表现为触摸按钮失效。

究其原因主要是因为电阻触摸屏的分层结构导致。

针对长期处于潮湿、油污、强紫外线户外应用等特别恶劣应用环境，建议使用外接机械按键代替触摸屏。

VGUS串口屏提供有简单易用、替代触摸屏的机械键盘解决方案。

一．电阻触摸屏失效原因分析图1 电阻触摸屏电阻触摸屏分为上下两层结构，上层为PET膜、下层为玻璃。

中间有导电涂层、四周线路和压合FPC排线。

当水、油等液态溶剂进入FPC压合端口部位，可能会导致FPC相邻电极短路的风险，也有可能因为电极间产生较大的电流导致FPC电极烧断的可能。

电极无论是短路还是断路，都会表现为触摸按钮失效无反应。

我司所有电阻触摸屏都有防水防尘设计，但不能保证产品长期与水接触而不发生故障，如果是油类的溶剂，更难以阻挡。

电阻触摸屏整机结构改进方案：1.尽可能使触摸屏排线处于显示画面的上端，如图2所示，避免水滴汇聚在FPC压合位置（VGUS串口屏都支持180度软件旋转功能）；2.在机壳外面贴整面的PET膜，如图3所示，将触摸屏与外界环境隔离，防止溶剂进入；图2 旋转180度按照图3 机壳贴整面PET膜效果图（SDWe070S15T）3.在触摸屏的四周边沿贴框形保护胶带，把触摸屏的PET膜与玻璃端面缝隙位置保护起来，防止溶剂进入。

4.使用电容触摸屏代替电阻触摸屏，由于两种触摸屏的材质和工艺不同，相对来讲，在同等环境下，电容触摸屏防尘、防湿的效果会更好一些。

二．V GUS串口屏外接键盘的使用方法VGUS串口屏基本触摸控件包含“按钮”、“按钮键值返回”和“按钮状态返回”三种。

三种按钮的“区域范围设置”属性都是一样的，如图4所示。

图4中“按钮0”的功能：按下该按钮首先会在按钮位置显示10号页面上的按钮反色动画效果，然后显示会切换到1号页面。

常见的电子元器件失效机理与分析电子元器件的主要失效模式包括但不限于开路、短路、烧毁、爆炸、漏电、功能失效、电参数漂移、非稳定失效等。

对于硬件工程师来讲电子元器件失效是个非常麻烦的事情，比如某个半导体器件外表完好但实际上已经半失效或者全失效会在硬件电路调试上花费大把的时间，有时甚至炸机。

硬件工程师调试爆炸现场所以掌握各类电子元器件的实效机理与特性是硬件工程师比不可少的知识。

下面分类细叙一下各类电子元器件的失效模式与机理。

电阻器失效失效模式：各种失效的现象及其表现的形式。

失效机理：是导致失效的物理、化学、热力学或其他过程。

电阻器的失效模式与机理▶开路：主要失效机理为电阻膜烧毁或大面积脱落，基体断裂，引线帽与电阻体脱落。

▶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。

▶引线断裂：电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染，引线机械应力损伤。

▶短路：银的迁移，电晕放电。

失效模式占失效总比例表▶线绕电阻：▶非线绕电阻：失效模式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。

▶导电材料的结构变化：薄膜电阻器的导电膜层一般用汽相淀积方法获得，在一定程度上存在无定型结构。

按热力学观点，无定型结构均有结晶化趋势。

在工作条件或环境条件下，导电膜层中的无定型结构均以一定的速度趋向结晶化，也即导电材料内部结构趋于致密化，能常会引起电阻值的下降。

结晶化速度随温度升高而加快。

电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力，使其内部结构发生畸变，线径愈小或膜层愈薄，应力影响愈显著。

一般可采用热处理方法消除内应力，残余内应力则可能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近似恒定的速度进行。

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接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。

片式厚膜电阻器—电极断裂开路1) 样品名称：片式厚膜电阻器2) 背景：型号为5.6K Ω/1206和47K Ω/1206，在使用一年后发现失效。

3) 失效模式：阻值超差和开路。

4) 失效机理：面电极的银层断裂是样品开路和阻值增大的原因。

5) 分析结论：电极的银层断裂是由于焊接时，在Pb-Sn 焊料边缘的面电极Ag 大量熔于焊料中，形成边缘的Ag 层空洞，在长期工作过程Ag 的迁移和腐蚀造成空洞的扩大甚至断开而导致电子开路。

6) 分析说明：失效品外观显示，端电极焊接不良（图1）。

X-RAY 观察分析，在端电极和面电极相连的区域发现面电极有断裂空洞（图2），在与端电极焊料边缘相连的面电极Ag 层部分，都有不连续的现象，形成一条把银层断开的空洞；同时，样品研磨切面也可见到银层空隙，开封都能观察到面电极银层不连续带状空隙（图3），因此，面电极在焊料边缘的空隙造成银层不连续是造成样品电阻增大和开路的真正原因。

面电极在焊料边缘出现不连续或空洞的原因是在焊接过程中，靠近端电极的面电极中的Ag 在焊接过程中大量损耗掉，“熔化”在焊料之中，形成边缘面电极局部区域的Ag 层空洞。

在长时间的使用过程中，由于Ag 迁移或者被腐蚀，空洞的扩大导致银层开路。

图1 样品的典型外貌 图2面电极有断裂空洞图3 面电解银层不连续带状空隙端电极面电极厚膜浆料陶瓷基片面电极断裂面电极端电极断裂处氧化膜电阻器—电解腐蚀开路1) 样品名称：氧化膜电阻器2) 背景：标称值为22KΩ±5%/2W，使用过程中出现开路。

3) 失效模式：电阻开路。

4) 失效机理：在水汽和直流电场作用下，镍铬膜被电解腐蚀开路。

5) 分析结论：电阻器镍铬膜在水汽和直流电场作用下，发生电解腐蚀开路，包封料中有少量的K+、Cl－加速了电解腐蚀的发生。

6) 分析说明：10只样品具有相同的失效模式－开路。

开封表明：电阻膜由于局部被腐蚀而导致电阻开路。

具体的腐蚀过程如下：电阻器在潮湿环境工作时，水份透过包封材料吸附在导电膜或刻槽表面，在直流电场作用下会在导电膜有缺陷的地方首先产生电解腐蚀。

片状电阻失效的案例及分析方法作者：冯勇雄王小龙来源：《消费电子》2020年第05期【关键词】片状电阻失效硫化银离子迁移过载1. 引言片状电阻（ChipResistor）又称为贴片片阻，是多种类型电阻里面非常重要的一种，具有价格便宜、生产效率高、使用量大等优点而被家电、仪器等电子产品所选用。

片状电阻底层是陶瓷载体，表面形成电阻体的大致可分为4个部分：保护膜——用于保护电阻不受外界因素破坏;电阻膜——是构成电阻的最主要部分，不同材料、厚度、宽度的电阻膜能构成不同阻抗的电阻;端头电极——成分是锡，用于PCB 上的焊接;银电极——使用银电极介于电阻膜和端头电极之间做连接。

2. 问题背景某公司家用空调产品在客户处使用时报故障，初步的检查发现是电路板故障;更换并返回电路板后仔细对电路板上面的每一个电子元器件检查发现有片状电阻失效，片状电阻失效的现象有电阻值偏大、偏小或者完全开路、短路。

对该问题持续跟踪，发现多年来每年因为片状电阻失效而导致电路板故障进一步造成空调整机无法工作的保修有上千单，故需要对片状电阻进行失效分析和质量改進，进一步提供家电产品质量。

3. 片状电阻失效现象及分析方法片状电阻的失效分析遵循常规的电子器件失效分析方法和流程，即先进行外观检查，然后做先电性能检测，再进一步做非破坏性分析，若仍未发现失效原因则必须对样品进行破坏性分析，在必要的情况下需要对电阻进行成分检测，以确定材料物质成分是否发生了物理和化学变化，从而进一步确定具体的失效机理。

对片状电阻做失效分析需要使用的仪器为显微镜、X-ray检测仪、电子显微镜（SEM 和EDX）和金相研磨设备。

案例1：硫化引起片状电阻值偏大和开路失效在某一次的售后空调零部件复核中，笔者发现了较大数量的片状电阻失效，这部分失效电阻及所在的电路板基本都使用了3 年以上，片状电阻的失效现象表现为电阻值偏大远超过其额定阻值，有部分电阻甚至出现完全开路。

如下图2的1KΩ、100Ω 电阻，经测定其电阻值均已大于10KΩ，表现为不合格且已导致所在电路无法正常工作。

厚膜电阻失效模式
厚膜电阻失效模式主要包括参数漂移和参数不稳定。

其失效机理及原因可能有以下几种：
- 化学成分变化：Pd-Ag电阻器在湿热环境下，由于Pd、Ag元素被氧化或Ag被还原，导致其阻值不稳定。

- 封装材料影响：在工艺过程中，封装材料环氧树脂、黏合剂、焊剂可能释放氢气，若厚膜电阻表面保护层玻璃釉不良，则会触及氢气，导致参数发生变化。

- 界面应力作用：厚膜电阻在界面应力作用下导致开裂，这种应力可能来源于电阻膜与其保护玻璃釉膜界面之间的应力失配或灌封电路树脂固封时热胀冷缩对电阻膜产生的机械应力。

- 激光调阻引入缺陷：激光调阻可能会引入缺陷，造成阻值不稳定。

- 高压脉冲影响：厚膜电阻在高压脉冲作用下，会产生很大的阻值变化。

这可能是由于厚膜中导体金属与玻璃之间、导体金属颗粒之间存在不完全浸润，或者高压脉冲击穿局部膜层中的玻璃相引起电阻等效网络的阻值变化。

在使用厚膜电阻时，需要注意其工作环境和操作方式，以避免出现失效问题。

如果出现了失效情况，需要根据具体情况进行分析和处理。