从某电阻器批次失效事件着手分析并改进生产工艺实例

中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 魏一鸣 吕 冰 肖卫镇

本文主要介绍了某设备使用的型号为RJK52-0.1W-121KΩ-F-N电阻器出现批次失效事件，通过故障树分析法对电阻器批次失效的故障根源进行分析，确定了失效的根本原因，最终对生产工艺提出新的要求。

随着电子设备的快速发展，其可靠性问题引起了人们越来越多的关注。虽然电阻器是功能最简单、最基础的电子元器件，但是由于其在电路中往往承担了重要作用，因此电阻器的失效有可能造成整个电子设备功能异常甚至功能丧失，造成的损失更是不可估量。本文结合某设备使用的电阻器批次失效事例，对电阻器失效机理进行深入的分析，希望在电阻器生产过程中改进工艺，减少失效的发生。

1 事件背景

在某型产品中使用型号为RJK52-0.1W-121KΩ-F-N（符合GJB 244A-2001《有质量等级的薄膜固定电阻器总规范》）的电阻器接连发生数起开路失效故障。故障模式相同且造成多起设备故障的严重后果，经查失效电阻器的批次号相同，为批次故障。

2 问题分析与定位

2.1 失效分析情况

对失效的数只电阻器进行了静态测试分析，失效电阻器使用在完全相同的电路环境中，在使用过程中未过负荷使用，所有失效电阻器外观完好无缺损，未见异常，使用数字万用表对电阻器的阻值进行测试，阻值均为无穷大，电阻器均已呈开路状态。

2.2 故障树分析

RJK型电阻器结构如图1所示。

图1 RJK型电阻器结构图

RJK型电阻器的生产加工主要流程为：镀膜→压帽→分组→刻槽→涂薄漆→电老炼→精调→涂漆→塑封→打标志→电老炼→筛选→包装。

该型电阻器开路失效的可能原因主要有引线与帽盖虚焊、电阻膜层开裂、电阻膜层脱落和膜层烧损等。对有可能造成电阻器开路的原因，列出故障树，如图2所示。

下面逐层进行分析。

第一层（A层），A1、A2、A3、A4中只要有1个条件存在，就会造成电阻膜缺损。

A1：引线与盖帽虚焊。该电阻器是在金属化瓷棒的两端通过加引线帽的方式实现电极引出。如果引线与盖帽之间存在虚焊，则电阻出厂前在温冲、加电过载等筛选项目中，电阻值会变化较大，因为精度超差被剔除，所以可以排除A1；

图2 故障树

A2：电阻膜层开裂。电阻膜层开裂的主要原因是由于氧化铝瓷体与电阻膜层或电阻膜层与涂覆层热应力不适配。如果氧化铝瓷体与电阻膜层或电阻膜层与涂覆层热膨胀系数不适配，则在温冲、加电过载等筛选项目中，产品会出现批次性的电阻值变化较大问题，通过复查失效批的生产加工过程记录，未见异常，所以可以排除A2；

A3：电阻膜腐蚀。当RJK型电阻器内部存在着腐蚀性介质时，在电场、腐蚀性介质以及潮气的共同作用下，电阻膜层会发生电化学反应，从而导致电阻膜腐蚀，电阻器开路失效；

A4：电阻膜层烧损。当电阻器过功率使用时，会出现电阻膜层烧损，从而导致电阻器开路失效。经查，该电阻器应用于同一设备的相同电路位置，该设备电路设计成熟，产量较大，不存在设计功率不合理的情况，所以可以排除A4。

综上所述，造成RJK52-0.1W-121KΩ-F-N电阻器开路失效的原因应为A3，即电阻膜腐蚀。

第二层（B层），B1、B2、B3这3个条件同时存在时，才会造成电阻膜层被电解腐蚀。电阻器在使用过程中存在着电场；电阻器在生产加工过程中，电阻膜层表面会吸附少量的潮气，且在恶劣环境下（如高温高湿，温度循环试验等）应用时，潮气会侵入其内部。所以，B1、B3条件具备，下面分析B2条件的建立。

第三层（X层），由于RJK型电阻器的生产加工是在一般环境中进行，手工工序较多，在生产过程中电阻膜层可能会吸附空气中的腐蚀性杂质离子或受到人为污染，所以电阻膜层可能存在腐蚀性介质。X1、X2、X3、X4、X5只要有一个条件存在，就会导致电阻器内部本身存在腐蚀性介质。

X1：镀膜工序带入。镀膜工序对环境温湿度有严格控制，盛放产品的工装、容器在使用前都要进行清洗或擦拭，对工艺纪律有严格的要求，操作人员上岗前需经过严格的培训并考试合格，但不排除个别员工责任心不强，操作时未严格执行工艺纪律要求，如对着裸露的膜层说话等，造成个别产品的电阻膜层受到污染；

X2：压帽工序带入。压帽是采用手工进行，操作人员利用镊子将镀膜后的磁棒和引线帽送入手动压帽机，然后进行压制，从而实现引线帽和瓷棒的紧密配合。在手工压帽的过程中，如果镊子的洁净程度不够，可能会造成个别产品的电阻膜层受到污染；

X3：刻槽工序带入。刻槽工序使用半自动刻槽设备，需要操作人员手动上料，在上料前需要对引线进行搓直以方便刻槽，在引线搓直和上料的过程中，如果操作人员疏忽，可能会导致电阻膜层与皮肤接触，沾染腐蚀性介质。此外，在操作过程中，若操作人员没有严格按工艺要求佩戴口罩，并面对产品说话，会不慎将唾沫沾染到产品膜层上，导致电阻膜层沾染腐蚀性介质；

X4：精调工序带入。精调工序是手工操作，操作时要求操作人员戴手指套和口罩，如果操作人员未严格执行，可能会导致电阻膜层沾染手汗、唾沫等腐蚀性介质；

X5：涂漆工序带入。在操作过程中，若操作人员没有严格按工艺要求佩戴口罩，并面对产品说话，会不慎将唾沫沾染到产品膜层上，导致极个别的电阻膜层沾染腐蚀性介质。

由于在涂薄漆和涂漆之前要对电阻器进行清洗，可以去除X1、X2、X3、X4过程中带入的污染，故可以排除X1、X2、X3、X4；而在涂漆工序，产品需要经过引线搓直、下架盘、清洗、上架盘等操作后才能进行涂漆，经历工序较多，如果操作人员操作时未严格执行工艺卫生要求，可能对产品造成污染，导致极个别的电阻膜层沾染腐蚀性介质。

综合以上分析，可以排除X1、X2、X3、X4，所以，腐蚀性介质来自X5：涂漆工序。

2.3 故障定位

复查该批产品涂漆工序的生产记录，确认人员持证上岗，所用原材料经过进厂检验合格，所用作业文件为有效版本，要求明确，指导性强，环境控制没有异常变化，所用设备在计量有效期内使用。但如若操作人员在涂漆过程中不小心用手触碰个别电阻膜层，或未按照工艺要求佩戴口罩而直接对着裸露的电阻器体说话，使得腐蚀性介质沾染到电阻膜上，则在使用过程中，在电场和腐蚀性介质共同作用下，电阻器电阻膜局部会被电化学腐蚀，从而导致电阻器开路失效。

3 机理分析

当电阻器内部存在腐蚀性介质时，在潮气的共同作用下，电阻膜表面形成腐蚀性电解溶液，通电时，电阻膜和电解液会发生电解反应。其反应机理如下：

电解溶液的存在，使螺旋槽（见图1）两个端面与电解液形成一个电解槽。通电时，在螺旋槽两端会产生电势差，电阻膜和杂志离子在电场作用下发生电解反应，处在阳极的电阻膜会因为失去电子而逐渐氧化。

这种反应的强弱，取决于电势差的大小和电解溶液中杂质离子含量的高低。当杂质离子含量很多时，反应就会很激烈，从宏观上看，阳极位置的电阻膜颜色会逐渐改变，通常颜色会逐渐变浅，到达一定的程度后，导电带（电阻膜）就会被腐蚀，露出白色的陶瓷基体，电阻器的电阻值也因此而逐渐变大，最终开路。

4 故障复现

取10只已刻槽、未涂漆的RJK52-0.1W-121KΩ-F-N电阻器，其中5只产品的电阻膜层沾染少量的唾液，另5只产品直接用手接触电阻膜层，成品后对产品进行加速耐湿试验，试验后4只产品出现开路。对开路产品进行失效分析，发现产品的膜层出现了腐蚀，故障可复现。

5 改进措施

针对上述电阻器产品因电阻膜层腐蚀而导致的产品失效，采取以下措施：

（1）对生产线所有操作人员进行质量教育，明确各工序的工艺卫生要求。通过质量教育，让每个人都牢牢树立防护膜层、禁止用手直接接触膜层、禁止对着膜层说话的理念。

（2）在涂漆工序工艺文件中细化工艺卫生的规定：操作过程中操作人不得用手接触瓷棒，需戴干净的口罩，清洗时还需戴橡胶手套，在穿戴橡胶手套的过程中要避免用手接触手套外部手掌位置，橡胶手套脱掉后不得重复使用，口罩每星期至少清洗或更换一次，当破损、污染后应及时清洗或更换。对于受到污染的个别产品，做报废处理，若数量较多，需进行不合格品评审。

（3）对生产区域进行了改造，将产品的露膜生产工序所在区域改造成洁净区域，实行净化管理，加严环境控制。针对涂漆工序电阻器体易沾染电解溶液的问题，对该工序的环境温湿度进行严格控制，温度为25℃±5℃，相对湿度≤80%RH。

（4）加严筛选中温冲过载试验的控制，原来规定温冲过载后阻值变化率≤±0.2%，加严控制为阻值变化率≤±0.1%。