貼片電阻阻值降低失效分析

案例背景

某樣品貼片電阻在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中出現(xiàn)故障，經(jīng)排查為電阻值降低導(dǎo)致失效。

分析過(guò)程

外觀分析

說(shuō)明: 對(duì)樣品電阻進(jìn)行外觀檢測(cè)，電阻三防漆有氣泡狀態(tài)，整體電阻未見(jiàn)異物附著。

X-Ray分析

說(shuō)明: 對(duì)樣品電阻進(jìn)行X-ray檢測(cè)，電阻內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)裂紋、破損，以及異物，調(diào)阻槽“L”形清晰可見(jiàn)，未見(jiàn)燒毀等異常。

阻值測(cè)試分析

板上測(cè)試電阻

裁板測(cè)試電阻

說(shuō)明：電阻標(biāo)稱(chēng)值1MΩ/1%。針對(duì)樣品電阻的測(cè)試，均偏離規(guī)格。將樣品電阻部分從PCBA上裁下后，再次測(cè)試電阻值，基本無(wú)變化，說(shuō)明無(wú)電路相關(guān)的影響。

針對(duì)電阻的相關(guān)測(cè)試

針對(duì)電阻的相關(guān)測(cè)試步驟

1.取一樣品電阻，裁切下來(lái)進(jìn)行清洗，去掉表面的三防漆及其他殘留物，干燥后再次測(cè)試電阻。

測(cè)試結(jié)果：清洗后再次測(cè)試電阻阻值變化，697KΩ→583 KΩ。

2.取一樣品電阻，裁切下來(lái)進(jìn)行烘烤，溫度60℃，放置72H，不加載電壓。

測(cè)試結(jié)果：烘烤后再次測(cè)試電阻阻值變化，927KΩ→942 KΩ。60℃烘烤未見(jiàn)電阻值的明顯變化。

（注：電阻60℃烘烤72h對(duì)電阻烘干作用有限，此驗(yàn)證僅做參考）

說(shuō)明: 針對(duì)該電阻的測(cè)試，在電阻表面清除干凈附著物（三防漆、助焊劑殘留等）后，阻值仍然處于失效狀態(tài)，可以排除電阻表面附著物導(dǎo)致的阻抗降低因素。

三防漆去除前后的表面成分測(cè)定

未除掉電阻表面的三防漆

說(shuō)明: 對(duì)樣品電阻進(jìn)行EDS層掃描，電阻本體部分表面主要為C、O元素，無(wú)金屬元素存在，即可排除三防層上有異物導(dǎo)致阻值降低的可能性。

去掉電阻表面的三防漆后測(cè)試

分析方法：利用棉簽剝離電阻表面三防漆，再通過(guò)SEM/EDS方法確認(rèn)表面狀態(tài)。

說(shuō)明: 電阻去除三防漆后，再進(jìn)行EDS層掃描，電阻本體部分表面主要為Si元素以及少量的Br元素，無(wú)明顯的金屬性元素聚集形成短接。

器件開(kāi)封

方法：利用711樹(shù)脂去除劑在高溫浸泡下（約8h），去除電阻表面的玻璃釉保護(hù)層，清洗后確認(rèn)電阻膜表面狀態(tài)。電阻開(kāi)封后的表面SEM&EDS分析均無(wú)異常。

說(shuō)明: 對(duì)電阻進(jìn)行開(kāi)封，去除玻璃釉層后，電阻表面未見(jiàn)Ag遷移以及其他異常，測(cè)量的電阻值為999KΩ，阻值偏離失效現(xiàn)象消失，恢復(fù)正常（標(biāo)稱(chēng)值為1MΩ，1%）。從而說(shuō)明造成電阻阻值變小的位置處于玻璃釉層或電阻膜層。

SEM&EDS分析

表面SEM分析

觀察電阻調(diào)阻槽表面覆蓋保護(hù)層（樹(shù)脂），其形貌粗糙，存在孔洞（黃色箭頭指示）。

表面EDS分析

調(diào)阻槽“L”SEM分析

說(shuō)明：樣品經(jīng)斷面研磨觀察，電阻可靠性本身存在限制，調(diào)阻槽上方保護(hù)層存在孔洞、微裂紋，且調(diào)阻槽存在疑似金屬殘留。

斷面調(diào)阻槽殘余金屬EDS分析

說(shuō)明：調(diào)阻槽殘余金屬檢出Pb元素，為電阻膜組成元素。

電阻相關(guān)的限制參數(shù)

查電阻規(guī)格書(shū)，針對(duì)電阻溫度特性的關(guān)鍵參數(shù)如下：

從上記規(guī)格書(shū)內(nèi)容可見(jiàn)，該電阻的工作溫度在70℃以下，才能保障其正常的負(fù)荷能力。當(dāng)電阻在70℃上限運(yùn)行時(shí)，其阻值會(huì)存在大于1%的精度偏差。電阻穩(wěn)態(tài)濕熱可靠性測(cè)試的實(shí)驗(yàn)條件為40℃/90%RH。

說(shuō)明：該產(chǎn)品應(yīng)用于小型基站，其工作上限溫度為70℃。當(dāng)超出該溫度時(shí)，其負(fù)載能力及阻值偏差會(huì)發(fā)生變化。

分析結(jié)果

不良解析

1. 通過(guò)對(duì)樣品電阻的一系列分析驗(yàn)證，可以判斷電路回路、異物（污染）、Ag遷移等因素不是導(dǎo)致電阻阻值降低的原因；

2.通過(guò)對(duì)樣品電阻的分析，可以判斷電阻存在明顯缺陷如下：

①電阻表面保護(hù)層存在粗糙、孔洞等缺陷；

②電阻調(diào)阻槽內(nèi)存在電阻膜殘余金屬Pb；

3.通過(guò)對(duì)電阻應(yīng)用環(huán)境與電阻規(guī)格要求的比對(duì)，電阻運(yùn)行時(shí)的實(shí)際溫度可能比較高，電阻額定溫度為70℃，超出該溫度，會(huì)導(dǎo)致其負(fù)載能力降低，阻值偏差增大。

失效機(jī)理

要因1：電阻保護(hù)層存在孔洞、粗糙等異?，F(xiàn)象，為水汽進(jìn)入電阻內(nèi)部提供了通道，電阻調(diào)阻槽內(nèi)部存在明顯的電阻膜殘余金屬。

要因2：電阻在高溫高濕條件下運(yùn)行，水汽會(huì)侵入電阻保護(hù)層，到達(dá)調(diào)阻槽。調(diào)阻槽殘余的電阻膜金屬和水汽結(jié)合，在一定的電流作用下，會(huì)使調(diào)阻槽之間的漏電流不斷增加，最終導(dǎo)致電阻值降低。

要因3：電阻的應(yīng)用環(huán)境可能超限。電阻額定溫度為70℃，實(shí)際應(yīng)用環(huán)境可能超出該溫度，繼而導(dǎo)致其負(fù)載能力降低，阻值偏差增大。

失效結(jié)論

該電阻存在電阻保護(hù)層存粗糙、孔洞缺陷，且電阻調(diào)阻槽內(nèi)存在電阻膜金屬殘余的情況，當(dāng)運(yùn)行的環(huán)境達(dá)到或超出其應(yīng)用環(huán)境時(shí)，便會(huì)加速了電阻的老化作用，導(dǎo)致阻值偏離。

改善方案

電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)，其核心在于電子元器件的選擇。電子元器件的質(zhì)量與規(guī)格直接影響它在實(shí)際應(yīng)用時(shí)能發(fā)揮出來(lái)的功能。據(jù)此，提出以下改善建議：

1.建議加強(qiáng)電阻可靠性的分析管理，進(jìn)行DPA分析，保障電阻結(jié)構(gòu)上無(wú)缺陷；

2.針對(duì)該應(yīng)用產(chǎn)品，建議采用耐高溫高濕能力較強(qiáng)的精密電阻，減少應(yīng)用環(huán)境對(duì)阻值的影響。

新陽(yáng)檢測(cè)中心有話(huà)說(shuō)：

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審核編輯黃宇