簡(jiǎn)述片式厚膜電阻器的典型失效模式、機(jī)理及原因

1、簡(jiǎn)述片式厚膜電阻器的典型失效模式、機(jī)理及原因摘要：首先，本文對(duì)片式厚膜電阻器的工藝流程及片式薄膜電阻器薄膜層形成 原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹；然后；對(duì)片式厚膜電阻器典型的失效模式和失效機(jī)理進(jìn) 行了總結(jié)；最后，通過(guò)案例，對(duì)片式厚膜電阻器兩種典型的失效現(xiàn)象的原因進(jìn)行 了分析，對(duì)于相關(guān)工作人員了解片式厚膜電阻器的失效原因和機(jī)理，從而改善其 工藝過(guò)程具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：片式厚膜電阻器；工藝流程；形成原理；失效模式；失效機(jī)理；失 效分析引言近年來(lái)，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(wèn)題也引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。雖然片式電阻器的工藝 流程得到了很大的改善，但

2、當(dāng)產(chǎn)品投入市場(chǎng)使用時(shí)，其失效現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生，因 此，本文對(duì)片式厚膜電阻器的典型失效模式、機(jī)理和原因進(jìn)行了研究，以供相關(guān) 工作人員參考。一、片式厚膜電阻器工藝簡(jiǎn)述片式厚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背電極T印 刷面電極今高溫?zé)Y(jié)今印刷電阻體今高溫?zé)Y(jié)今印刷保護(hù)玻璃今高溫?zé)Y(jié)今 激光調(diào)阻今印刷保護(hù)玻璃今印刷標(biāo)記今折條T端電極濺射T折粒T電鍍鎳錫T 成品測(cè)量今篩選T質(zhì)量一致性檢驗(yàn)今測(cè)試和包裝9入庫(kù)交付。二、片式薄膜電阻器薄膜層形成原理目前世界上合金薄膜層的制備方法包括離子鍍、真空蒸鍍和濺射鍍膜，其中 濺射鍍膜主要是離子束濺射。離子束濺射的方法具有濺射薄膜純度高、質(zhì)量好， 可濺射金

3、屬或者合金，并且多數(shù)離子以離子態(tài)沉積使得薄膜層與襯底附著力強(qiáng)， 采用離子束濺射的優(yōu)勢(shì)還包括可以分別精準(zhǔn)控制離子源的電流和能量等參數(shù)指標(biāo)。 因此采用離子束濺射方式是目前制備片式薄膜電阻器薄膜層最理想的一種方式。離子束濺射的原理是讓工作氣體（Ar氣）進(jìn)入離子束濺射鍍膜機(jī)中的離子槍 中，電離后產(chǎn)生離子流Ar+。當(dāng)離子流Ar+經(jīng)屏柵柵網(wǎng)加速后，持續(xù)轟擊合金靶材， 濺射出的靶材原子飛出靶材后沉積在襯底（基板）上，然后晶粒逐漸生長(zhǎng)形成連 續(xù)的薄膜層。離子束濺射的優(yōu)點(diǎn)是薄膜層附著性能好，合金、化合物、非金屬均 可成膜，并且成膜均勻性好，目前單片陶瓷基板濺射，阻值均勻性可達(dá)到士 5% 以?xún)?nèi)。但是離子束濺射也存

4、在一些缺點(diǎn)，比如需引入氣體放電、裝置及操作較復(fù) 雜。薄膜的物理結(jié)構(gòu)以及性能主要由薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程決定。在濺射過(guò)程中，射向 襯底的分子、原子會(huì)與薄膜表面和基板發(fā)生接觸和碰撞，其中一部分會(huì)在表面停 留，另外一部分則會(huì)被反射。其中停留在表面的分子、原子在基板溫度所對(duì)應(yīng)能 量及自身能量的作用下，將會(huì)發(fā)生表面遷移及擴(kuò)散，一部分會(huì)落入勢(shì)能谷底后被 表面吸附，也就是發(fā)生凝結(jié)過(guò)程，另一部分則再次蒸發(fā)后脫離表面。凝結(jié)過(guò)程伴 隨著島的形成、合并與生長(zhǎng)以及晶核的形成和生長(zhǎng)，逐漸形成連續(xù)的薄膜層。三、片式厚膜電阻器的典型失效模式和失效機(jī)理分析片式厚膜電阻器的典型失效模式有阻值開(kāi)路、機(jī)械損傷和阻值漂移等。3.1阻值開(kāi)路片

5、式厚膜電阻器的阻值開(kāi)路失效是指電阻器失去應(yīng)有的阻值，在電測(cè)時(shí)表現(xiàn) 為開(kāi)路。其失效機(jī)理一般為電極脫落、電極熔蝕和電阻膜層斷裂等。（1）導(dǎo)致片式厚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、電極層耐焊性差和焊接時(shí)受到過(guò)大的機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力。（2）導(dǎo)致片式厚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(guò)程 中，錫鉛焊料與銀鈀漿料共融，或在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)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、縫隙，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)阻值開(kāi)路現(xiàn)象。（3）導(dǎo)致片式厚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

6、超過(guò)其承受極限的電應(yīng)力（功率）而過(guò)熱，膜層中間部位的熱量集中，嚴(yán)重時(shí) 發(fā)生崩裂而開(kāi)路。出現(xiàn)此類(lèi)失效的電阻器表面一般均可見(jiàn)受熱熔化而產(chǎn)生的變色 圈狀痕跡。3.2機(jī)械損傷片式厚膜電阻器的機(jī)械損傷失效是一種較常見(jiàn)的失效模式，一般表現(xiàn)為：基 體斷裂、端電極受損和電阻膜層受損等。導(dǎo)致片式厚膜電阻器機(jī)械損傷失效的原因，大多是由于電阻器在焊接、安裝 或轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)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、熱和機(jī)械（沖擊、 振動(dòng)和三防等）環(huán)境應(yīng)力的作用所導(dǎo)致的。3.3阻值漂移片式厚膜電阻器阻值漂移失效是指電阻器在調(diào)試、使用過(guò)程中發(fā)生阻值超差、 阻值跳變或電阻溫度特性（TCR： Temperature Coef

7、ficient of Resis-tance）超差等 現(xiàn)象。從片式厚膜電阻器結(jié)構(gòu)、工藝和原材料特性的分析中可知，電阻膜層由氧化 釘、硼硅酸玻璃和有機(jī)載體混合漿料通過(guò)絲網(wǎng)印刷、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。其后其電阻值受環(huán)境溫度和其他試驗(yàn)條件 （例如：焊接、潮濕和加電工作等）的影響，可能會(huì)發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)允許的細(xì)微變化； 除此之外，除非受到意外應(yīng)力（例如：機(jī)械損傷、過(guò)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。因此，可以通過(guò)工藝與原材料控制、成品篩選和使用方的環(huán)境應(yīng)力篩 選等手段來(lái)有效地剔除阻值超標(biāo)的產(chǎn)品，確

8、保交付產(chǎn)品的電阻值和TCR符合要求。四、片式厚膜電阻器失效案例分析（1）失效現(xiàn)象：1只片式厚膜電阻器裝板交付使用1年后出現(xiàn)阻值異?，F(xiàn)象。（2）失效模式：本體斷裂。對(duì)案例1的分析過(guò)程如下所述：4.1外觀檢查用體視顯微鏡進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題電阻器靠近接線(xiàn)端，接線(xiàn)端與電源模 塊相連，接線(xiàn)端變色發(fā)黃，可能存在大電流過(guò)熱現(xiàn)象；問(wèn)題電阻器正面和側(cè)面可見(jiàn)連續(xù)貫穿裂紋，保護(hù)玻璃釉層局部缺損（如圖一 所示）。圖一問(wèn)題電阻器裂紋形貌4.2解焊后的形貌觀察將問(wèn)題電阻器從PCB板上解焊后對(duì)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；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；電阻器

9、斷面存在三防漆成分（如圖二所示）。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。圖二問(wèn)題電阻器解焊后的外觀形貌失效原因?yàn)椋弘娮杵髟诤附影惭b時(shí)，其底部的線(xiàn)路板上存在多余的焊料，導(dǎo) 致電阻器本體未能緊貼于線(xiàn)路板，電阻器受到較大的焊接應(yīng)力的影響而產(chǎn)生裂紋; 在其后使用的過(guò)程中，電阻器的外圍線(xiàn)路或其他元器件出現(xiàn)短路大電流導(dǎo)致線(xiàn)路 板局部過(guò)熱，從而造成裂紋進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大，最終導(dǎo)致電阻器斷裂，阻值開(kāi)路。五、結(jié)束語(yǔ)根據(jù)從筆者自身從事電子元器件研發(fā)制造工作中得到實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，針對(duì)片 式厚膜電阻器工藝流程及典型失效模式、失效機(jī)理和失效原因，提出了一些意見(jiàn)，僅供各位同行參考。參考文獻(xiàn)：可記憶電阻器的技術(shù)原理與應(yīng)用分析J.江朋飛.技術(shù)與市場(chǎng).2016(07)一種嵌入式電阻器宇航適用