片式膜电阻器的典型失效模式尧机理及原因分析

陈德舜

（中国振华集团云科电子有限公司，贵州贵阳550018）

片式膜电阻器的典型失效模式尧机理及原因分析

陈德舜

（中国振华集团云科电子有限公司，贵州贵阳550018）

院首先，对片式膜电阻器的结构和工艺流程进行了简单的介绍曰然后，对片式膜电阻器典型的失效模式和失效机理进行了总结曰最后，通过案例，对片式膜电阻器两种典型的失效现象的原因进行了分析，对于相关工作人员了解片式膜电阻器的失效原因和机理，从而改善其工艺过程具有一定的参考价值遥

院片式膜电阻器曰工艺流程曰失效模式曰失效机理曰失效分析

0 引言

近年来，随着电子设备朝短小轻薄的方向发展，片式电阻器行业也得到了迅速的发展，其可靠性问题也引起了人们越来越多的关注遥虽然片式电阻器的工艺流程得到了很大的改善，但当产品投入市场使用时，其失效现象仍时有发生，因此，本文对片式膜电阻器的典型失效模式尧机理和原因进行了研究，以供相关工作人员参考遥

1 片式膜电阻器的结构和工艺简述

片式膜电阻器的结构如图1所示[1-2]遥

图1 片式膜电阻器结构示意图

片式膜电阻器的工艺流程为:在已预制沟槽的陶瓷基板上印刷正面电极寅印刷背面电极寅高温烧结寅印刷电阻体寅高温烧结寅印刷保护玻璃寅高温烧结寅激光调阻寅印刷保护玻璃寅印刷标志寅端电极制成寅高温烧结寅端面处理寅成品测量寅筛选寅质量一致性检验寅入库交付遥

2 片式膜电阻器的典型失效模式和失效机理分析

片式膜电阻器的典型失效模式有阻值开路尧机械损伤和阻值漂移等[3]遥

2.1 阻值开路

片式膜电阻器的阻值开路失效是指电阻器失去应有的阻值，在电测时表现为开路遥其失效机理一般为电极脱落尧电极熔蚀和电阻膜层断裂等遥

导致片式膜电阻器电极脱落的可能原因有:电极层与基片附着强度不够尧电极层耐焊性差和焊接时受到过大的机械应力或热应力（如图2所示）遥

图2 片式膜电阻器的电极脱落形貌图

导致片式膜电阻器电极熔蚀的可能原因有:中间电极层（阻挡层）的厚度不够或保护玻璃釉层的厚度不够，内电极层（银钯层）外露，在焊接的过程中，锡铅焊料与银钯浆料共融，或在长时间的使用过程中发生银离子迁移或硫化反应，从而导致内电极出现空洞尧缝隙，严重时甚至出现阻值开路现象（如图3所示）遥

图3 片式膜电阻器的电极熔蚀形貌图

导致片式膜电阻器的电阻膜层发生断裂的可能原因有:电阻膜层受到了超过其承受极限的电应力（功率）而过热，膜层中间部位的热量集中，严重时发生崩裂而开路遥出现此类失效的电阻器表面一般均可见受热熔化而产生的变色圈状痕迹（如图4所示）遥

图4 片式膜电阻器过功率崩裂形貌图

2.2 机械损伤

片式膜电阻器的机械损伤失效是一种较常见的失效模式，一般表现为:基体断裂尧端电极受损和电阻膜层受损等遥

导致片式膜电阻器机械损伤失效的原因，大多是由于电阻器在焊接尧安装或转运过程中受到不当的机械应力作用而受损，而后又受到电尧热和机械（冲击尧振动和三防等）环境应力的作用所导致的遥

片式膜电阻器机械损伤失效的典型形貌如图5所示遥

2.3 阻值漂移

片式膜电阻器阻值漂移失效是指电阻器在调试尧使用过程中发生阻值超差尧阻值跳变或电阻温度特性（TCR:Temperature Coefficient of Resistance）超差等现象遥

从片式膜电阻器结构尧工艺和原材料特性的分析中可知，电阻膜层由氧化钌尧硼硅酸玻璃和有机载体混合浆料通过丝网印刷尧高温烧结而成，工艺制程一旦完成，其电阻值和TCR即已确定遥其后，其电阻值受环境温度和其他试验条件（例如:焊接尧潮湿和加电工作等）的影响，可能会发生标准允许的细微变化曰除此之外，除非受到意外应力（例如:机械损伤尧过电熔蚀等）的作用而损伤到电阻膜层，发生不可逆的一次性变化（阻值异常漂移），其电阻值和TCR可视为恒定不变[4-5]遥因此，可以通过工艺与原材料控制尧成品筛选和使用方的环境应力筛选等手段来有效地剔除阻值超标的产品，确保交付产品的电阻值和TCR符合要求[6]遥

3 片式膜电阻器失效案例分析

3.1 案例1

1）失效现象:1只片式膜电阻器装板交付使用1年后出现阻值异常现象曰

2）失效模式:本体断裂遥

对案例1的分析过程如下所述遥

3.1.1 外观检查

用体视显微镜进行外观检查，发现问题电阻器靠近接线端，接线端与电源模块相连，接线端变色发黄，可能存在大电流过热现象（如图6a所示）曰问题电阻器正面和侧面可见连续贯穿裂纹，保护玻璃釉层局部缺损（如图6b所示）遥

图6 问题电阻器的外观形貌

3.1.2 解焊后的形貌观察

将问题电阻器从PCB板上解焊后对其形貌进行观察，发现:电阻器已断裂，断口呈脆性断裂特征曰电阻器背面和所遮挡的PCB板上均存在残留金属焊料和三防漆成分（如图7a所示）曰电阻器断面存在三防漆成分（如图7b所示）遥由此可以推断:电阻器应在涂敷三防漆前即已产生裂纹遥

图7 问题电阻器解焊后的外观形貌

失效原因为:电阻器在焊接安装时，其底部的线路板上存在多余的焊料，导致电阻器本体未能紧贴于线路板，电阻器受到较大的焊接应力的影响而产生裂纹曰在其后使用的过程中，电阻器的外围线路或其他元器件出现短路大电流导致线路板局部过热，从而造成裂纹进一步地扩大，最终导致电阻器断裂，阻值开路遥

3.2 案例2

1）失效现象:1只片式膜电阻器装板交付后进行环境试验时出现间歇性阻值开路的异常现象曰

2）失效模式:阻值开路遥

对案例2的分析过程如下所述遥

3.2.1 在板外观检查

问题电阻器位于线路板分拆线的边缘，如图8a所示，显微镜检发现产品一端的焊料存在裂缝，如图8b所示遥

图8 问题电阻器的外观形貌

图9 问题电阻器在板制样的电镜图

3.2.2 制样镜检

对问题电阻器在板进行制样镜检（采用SEM）以确定产生裂缝的原因，并分析该裂缝导致电阻器进行环境试验时出现间歇性阻值开路的机理遥问题电阻器在板制样的电镜图如图9所示遥

从图9中可以看出，该电阻器的一端电极尧底面电极尧端面焊料和底面焊料已被撕裂，与电阻器本体形成裂缝，其裂口锐利整齐，焊料成型正常，焊料与电阻器的端电极间形成一层均匀连续的IMC，厚度在1.2～1.6滋m范围内遥显示电阻器应是在正常焊接后受到较大的机械应力（例如:线路板弯曲）的作用而产生裂缝，由于焊料的假性固定作用，电阻器暂未表现开路曰其后，在调试尧试验时的综合应力（例如:温度应力尧电应力和机械应力等）的作用下，裂缝进一步地劣化，出现时通时断的间歇性阻值开路现象遥经沟通，使用方确认:在线路板焊接安装完成后，需要进行线路板分拆，即将整板分拆为若干单板，在此过程中，个别单板可能由于分拆困难而需施加更大的弯曲（掰）应力，从而导致处于线路板边缘的该只电阻器承受较大的机械应力，最终造成端电极尧底面电极尧端面焊料和底面焊料与电阻器本体之间形成裂缝遥

4 结束语

本文从笔者长期从事电子元器件研发制造尧试验检测和失效分析工作中所得到的实践经验出发，针对片式膜电阻器的典型失效模式尧失效机理和失效原因，提出了一些浅见，供读者参考遥

院

[1]中国人民解放军总装备部电子信息基础部.片式膜固定电阻器通用规范:GJB 1432B-2009[S].

[2]中国人民解放军总装备部电子信息基础部.军用电子元器件破坏性物理分析方法:GJB 4027A-2006[S].

[3]孔学东，恩云飞.电子元器件失效分析与典型案例[M].北京:国防工业出版社，2006.

[4]庄奕琪.电子设计可靠性工程[M].西安:西安电子科技大学出版社，2014.

[5]章俊华，苏明.电子基础元器件检测[M].成都:西南交通大学出版社，2014.

[6]付桂翠.电子元器件使用可靠性保证[M].北京:国防工业出版社，2011.

Analysis of Typical Failure Mode，Failure 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

院陈德舜（1967-），男，贵州遵义人，中国振华集团云科电子有限公司高级工程师，从事电子元器件研发、试验检测和失效分析工作。