片式膜電阻器的典型失效模式堯機(jī)理及原因分析

陳德舜

（中國振華集團(tuán)云科電子有限公司，貴州貴陽550018）

片式膜電阻器的典型失效模式堯機(jī)理及原因分析

陳德舜

（中國振華集團(tuán)云科電子有限公司，貴州貴陽550018）

院首先，對片式膜電阻器的結(jié)構(gòu)和工藝流程進(jìn)行了簡單的介紹曰然后，對片式膜電阻器典型的失效模式和失效機(jī)理進(jìn)行了總結(jié)曰最后，通過案例，對片式膜電阻器兩種典型的失效現(xiàn)象的原因進(jìn)行了分析，對于相關(guān)工作人員了解片式膜電阻器的失效原因和機(jī)理，從而改善其工藝過程具有一定的參考價值遙

院片式膜電阻器曰工藝流程曰失效模式曰失效機(jī)理曰失效分析

0 引言

近年來，隨著電子設(shè)備朝短小輕薄的方向發(fā)展，片式電阻器行業(yè)也得到了迅速的發(fā)展，其可靠性問題也引起了人們越來越多的關(guān)注遙雖然片式電阻器的工藝流程得到了很大的改善，但當(dāng)產(chǎn)品投入市場使用時，其失效現(xiàn)象仍時有發(fā)生，因此，本文對片式膜電阻器的典型失效模式堯機(jī)理和原因進(jìn)行了研究，以供相關(guān)工作人員參考遙

1 片式膜電阻器的結(jié)構(gòu)和工藝簡述

片式膜電阻器的結(jié)構(gòu)如圖1所示[1-2]遙

圖1 片式膜電阻器結(jié)構(gòu)示意圖

片式膜電阻器的工藝流程為:在已預(yù)制溝槽的陶瓷基板上印刷正面電極寅印刷背面電極寅高溫?zé)Y(jié)寅印刷電阻體寅高溫?zé)Y(jié)寅印刷保護(hù)玻璃寅高溫?zé)Y(jié)寅激光調(diào)阻寅印刷保護(hù)玻璃寅印刷標(biāo)志寅端電極制成寅高溫?zé)Y(jié)寅端面處理寅成品測量寅篩選寅質(zhì)量一致性檢驗寅入庫交付遙

2 片式膜電阻器的典型失效模式和失效機(jī)理分析

片式膜電阻器的典型失效模式有阻值開路堯機(jī)械損傷和阻值漂移等[3]遙

2.1 阻值開路

片式膜電阻器的阻值開路失效是指電阻器失去應(yīng)有的阻值，在電測時表現(xiàn)為開路遙其失效機(jī)理一般為電極脫落堯電極熔蝕和電阻膜層斷裂等遙

導(dǎo)致片式膜電阻器電極脫落的可能原因有:電極層與基片附著強(qiáng)度不夠堯電極層耐焊性差和焊接時受到過大的機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力（如圖2所示）遙

圖2 片式膜電阻器的電極脫落形貌圖

導(dǎo)致片式膜電阻器電極熔蝕的可能原因有:中間電極層（阻擋層）的厚度不夠或保護(hù)玻璃釉層的厚度不夠，內(nèi)電極層（銀鈀層）外露，在焊接的過程中，錫鉛焊料與銀鈀漿料共融，或在長時間的使用過程中發(fā)生銀離子遷移或硫化反應(yīng)，從而導(dǎo)致內(nèi)電極出現(xiàn)空洞堯縫隙，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)阻值開路現(xiàn)象（如圖3所示）遙

圖3 片式膜電阻器的電極熔蝕形貌圖

導(dǎo)致片式膜電阻器的電阻膜層發(fā)生斷裂的可能原因有:電阻膜層受到了超過其承受極限的電應(yīng)力（功率）而過熱，膜層中間部位的熱量集中，嚴(yán)重時發(fā)生崩裂而開路遙出現(xiàn)此類失效的電阻器表面一般均可見受熱熔化而產(chǎn)生的變色圈狀痕跡（如圖4所示）遙

圖4 片式膜電阻器過功率崩裂形貌圖

2.2 機(jī)械損傷

片式膜電阻器的機(jī)械損傷失效是一種較常見的失效模式，一般表現(xiàn)為:基體斷裂堯端電極受損和電阻膜層受損等遙

導(dǎo)致片式膜電阻器機(jī)械損傷失效的原因，大多是由于電阻器在焊接堯安裝或轉(zhuǎn)運(yùn)過程中受到不當(dāng)?shù)臋C(jī)械應(yīng)力作用而受損，而后又受到電堯熱和機(jī)械（沖擊堯振動和三防等）環(huán)境應(yīng)力的作用所導(dǎo)致的遙

片式膜電阻器機(jī)械損傷失效的典型形貌如圖5所示遙

2.3 阻值漂移

片式膜電阻器阻值漂移失效是指電阻器在調(diào)試堯使用過程中發(fā)生阻值超差堯阻值跳變或電阻溫度特性（TCR:Temperature Coefficient of Resistance）超差等現(xiàn)象遙

從片式膜電阻器結(jié)構(gòu)堯工藝和原材料特性的分析中可知，電阻膜層由氧化釕堯硼硅酸玻璃和有機(jī)載體混合漿料通過絲網(wǎng)印刷堯高溫?zé)Y(jié)而成，工藝制程一旦完成，其電阻值和TCR即已確定遙其后，其電阻值受環(huán)境溫度和其他試驗條件（例如:焊接堯潮濕和加電工作等）的影響，可能會發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)允許的細(xì)微變化曰除此之外，除非受到意外應(yīng)力（例如:機(jī)械損傷堯過電熔蝕等）的作用而損傷到電阻膜層，發(fā)生不可逆的一次性變化（阻值異常漂移），其電阻值和TCR可視為恒定不變[4-5]遙因此，可以通過工藝與原材料控制堯成品篩選和使用方的環(huán)境應(yīng)力篩選等手段來有效地剔除阻值超標(biāo)的產(chǎn)品，確保交付產(chǎn)品的電阻值和TCR符合要求[6]遙

3 片式膜電阻器失效案例分析

3.1 案例1

1）失效現(xiàn)象:1只片式膜電阻器裝板交付使用1年后出現(xiàn)阻值異常現(xiàn)象曰

2）失效模式:本體斷裂遙

對案例1的分析過程如下所述遙

3.1.1 外觀檢查

用體視顯微鏡進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)問題電阻器靠近接線端，接線端與電源模塊相連，接線端變色發(fā)黃，可能存在大電流過熱現(xiàn)象（如圖6a所示）曰問題電阻器正面和側(cè)面可見連續(xù)貫穿裂紋，保護(hù)玻璃釉層局部缺損（如圖6b所示）遙

圖6 問題電阻器的外觀形貌

3.1.2 解焊后的形貌觀察

將問題電阻器從PCB板上解焊后對其形貌進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn):電阻器已斷裂，斷口呈脆性斷裂特征曰電阻器背面和所遮擋的PCB板上均存在殘留金屬焊料和三防漆成分（如圖7a所示）曰電阻器斷面存在三防漆成分（如圖7b所示）遙由此可以推斷:電阻器應(yīng)在涂敷三防漆前即已產(chǎn)生裂紋遙

圖7 問題電阻器解焊后的外觀形貌

失效原因為:電阻器在焊接安裝時，其底部的線路板上存在多余的焊料，導(dǎo)致電阻器本體未能緊貼于線路板，電阻器受到較大的焊接應(yīng)力的影響而產(chǎn)生裂紋曰在其后使用的過程中，電阻器的外圍線路或其他元器件出現(xiàn)短路大電流導(dǎo)致線路板局部過熱，從而造成裂紋進(jìn)一步地擴(kuò)大，最終導(dǎo)致電阻器斷裂，阻值開路遙

3.2 案例2

1）失效現(xiàn)象:1只片式膜電阻器裝板交付后進(jìn)行環(huán)境試驗時出現(xiàn)間歇性阻值開路的異?，F(xiàn)象曰

2）失效模式:阻值開路遙

對案例2的分析過程如下所述遙

3.2.1 在板外觀檢查

問題電阻器位于線路板分拆線的邊緣，如圖8a所示，顯微鏡檢發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品一端的焊料存在裂縫，如圖8b所示遙

圖8 問題電阻器的外觀形貌

圖9 問題電阻器在板制樣的電鏡圖

3.2.2 制樣鏡檢

對問題電阻器在板進(jìn)行制樣鏡檢（采用SEM）以確定產(chǎn)生裂縫的原因，并分析該裂縫導(dǎo)致電阻器進(jìn)行環(huán)境試驗時出現(xiàn)間歇性阻值開路的機(jī)理遙問題電阻器在板制樣的電鏡圖如圖9所示遙

從圖9中可以看出，該電阻器的一端電極堯底面電極堯端面焊料和底面焊料已被撕裂，與電阻器本體形成裂縫，其裂口銳利整齊，焊料成型正常，焊料與電阻器的端電極間形成一層均勻連續(xù)的IMC，厚度在1.2～1.6滋m范圍內(nèi)遙顯示電阻器應(yīng)是在正常焊接后受到較大的機(jī)械應(yīng)力（例如:線路板彎曲）的作用而產(chǎn)生裂縫，由于焊料的假性固定作用，電阻器暫未表現(xiàn)開路曰其后，在調(diào)試堯試驗時的綜合應(yīng)力（例如:溫度應(yīng)力堯電應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力等）的作用下，裂縫進(jìn)一步地劣化，出現(xiàn)時通時斷的間歇性阻值開路現(xiàn)象遙經(jīng)溝通，使用方確認(rèn):在線路板焊接安裝完成后，需要進(jìn)行線路板分拆，即將整板分拆為若干單板，在此過程中，個別單板可能由于分拆困難而需施加更大的彎曲（掰）應(yīng)力，從而導(dǎo)致處于線路板邊緣的該只電阻器承受較大的機(jī)械應(yīng)力，最終造成端電極堯底面電極堯端面焊料和底面焊料與電阻器本體之間形成裂縫遙

4 結(jié)束語

本文從筆者長期從事電子元器件研發(fā)制造堯試驗檢測和失效分析工作中所得到的實踐經(jīng)驗出發(fā)，針對片式膜電阻器的典型失效模式堯失效機(jī)理和失效原因，提出了一些淺見，供讀者參考遙

院

[1]中國人民解放軍總裝備部電子信息基礎(chǔ)部.片式膜固定電阻器通用規(guī)范:GJB 1432B-2009[S].

[2]中國人民解放軍總裝備部電子信息基礎(chǔ)部.軍用電子元器件破壞性物理分析方法:GJB 4027A-2006[S].

[3]孔學(xué)東，恩云飛.電子元器件失效分析與典型案例[M].北京:國防工業(yè)出版社，2006.

[4]莊奕琪.電子設(shè)計可靠性工程[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2014.

[5]章俊華，蘇明.電子基礎(chǔ)元器件檢測[M].成都:西南交通大學(xué)出版社，2014.

[6]付桂翠.電子元器件使用可靠性保證[M].北京:國防工業(yè)出版社，2011.

Analysis of Typical Failure Mode，F(xiàn)ailure Mechanism and Failure Cause of Chip Film Resistors

CHEN Deshun
（China Zhenhua Group Yunke Electronics Co.，Ltd.，Guiyang 550018，China）

Firstly，the structure and process flow of the chip resistors are introduced briefly. Then，the typical failure modes and failure mechanism of the resistrors are summarized.Finally，

the reasons of two typical failure phenomena of the resistors are analyzed through two cases，which has a certain reference value for the relevant staff to understand the failure causes and failure mechanism of the resistors and improve the process flow.

chip film resistor曰process flow曰failure mode曰failure mechanism曰failure analysis

院TM 54+.4

院A

院1672-5468（2017）03-0001-06

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.03.001

院2016-10-19

院2016-11-09

院陳德舜（1967-），男，貴州遵義人，中國振華集團(tuán)云科電子有限公司高級工程師，從事電子元器件研發(fā)、試驗檢測和失效分析工作。