电阻器失效分析

什么是电阻器：

电阻器(Resistor)在日常生活中一般直接称为电阻。是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。阻值不能改变的称为固定电阻器。阻值可变的称为电位器或可变电阻器。电荷在导体中运动时，会受到分子和原子等其他粒子的碰撞与摩擦，碰撞和摩擦的结果形成了导体对电流的阻碍，这种阻碍作用最明显的特征是导体消耗电能而发热（或发光）。物体对电流的这种阻碍作用，称为该物体的电阻。

电阻器分析的重要性及意义：

电阻器发展至今已有百年的历史,在新技术和自动化生产线的帮助下,其质量及生产规模已提高至新的水平。它作为一种通用电子元件,在电路中主要起到稳定和调节电路中电流和电压的作用。电阻器在电子设备中占元件总数的30%以上,它的可靠性决定着线路的稳定性,所以电阻器的正确使用及可靠性研究具有重要意义。

电阻器失效模式和机理：

对于固定电阻器,其主要失效模式有开路、电参数漂移等; 而对于电位器,其主要失效模式有开路、电参数漂移、噪声增大等。

其主要失效机理和因素有以下几个方面。

1.电阻体的不均匀发热：

(1)轴向发热不均匀:电阻器两端帽盖不是热体,通过引线传导散热却是捷径,因此造成近引线的两端温度要比电阻体沿长度方向的中部温度低。

(2)径向发热不均匀:电阻体产生的热量首沿半径方向(厚度方向)传导到电阻体的表层,再通过保护层向周围环境散热。

(3)刻槽电阻器的不均匀发热:在刻槽电阻器中,发热主要集中在刻槽的电阻膜层内,两端未刻槽部分负荷功耗很小,刻槽时形成的槽旋宽度不均匀,以及刻槽后电阻膜截面积的减小使得电阻膜的内在缺陷影增大,使电阻器局部过热现象加重。

(4)电阻体结构不均匀:各种类型的电阻体,在制造过程中由于工艺因素不可避免地存在着电阻体结构上的不一致性,造成电阻膜各部分阻值分布的不均匀,导致负荷分布的不均匀,形成局部过热。

2. 额定电压:

根据额定功耗计算出的电压称为电阻器的额电压。当加到电阻器两端的电压不断升高,超过额定电压时会发生击穿现象,导致电阻器阻值不可逆的增大,严重时还会烧毁膜层以致开路。

3.电阻器的老化:
电阻器的老化是由于导电材料、黏结剂及接触部分逐渐产生不可逆变化的结果,老化过程是在工作条件和环境条件下,电阻器的电阻发生各种物理和化学的形成过程的综合。

电阻器失效分析方法和程序：

失效分析的原则:先进行非破坏性分析,后进行破坏性分析;先外部分析,后内部分析。

采用的基本程序和方法是:失效样品接收、失效信息调查、外观检查、电测、非破坏性分析、破坏性分析、确定失效机理和原因、失效分析报告编写。由于产品结构、材料和制造工艺的差别,各种电阻器的失效分析方法也有所不同。

(1)电阻器失效信息收集:主要是了解其失效背景息,如失效率、失效模式、使用时间、技术规范资料等。必要时,接收同批次的良品进行分析。

(2)电阻器外观检查:外观检查时重点观察保护层无破损、端电极有无损伤等,具体的方法可以参考现有GJB4027。对于异部位要进行照相记录。对于开路失效的片式电阻,必要时借助扫描电子显微镜对阻器表面进行成分分析,确认端电极附近是否含有硫化银，如图10-9所示。

(4)电阻器电参数测试:对于电阻器来说,其测试时主要关注的参数是电阻值,一般来说,现有的测试仪器都可以很简单地对其电阻器进行测试。

(5)电阻器环境试验测试:对于贴片电阻阻值降低的失效模式来说,必须排除引起其电阻值降低的外部原因,之后才能对其进行相应的破坏性物理分析,因此在固封研磨之前,必须进行一系列的环境试验.

(6)电阻器固封研磨观察分析:将电阻器用环氧树脂固封,待环氧树脂固化后用研磨的方法观察元件内部的结构和形貌。固封时需注意电阻器研磨面的放置。一般来说,固封面必须为电阻器的侧面。

固封研磨后可以检查电阻器的电阻膜、内电极、端电极和陶瓷基体。利用扫描电子显微镜对电阻器失效部位进行微观分析和显微分析,如图10-11所示。

(7)电阻器扫描电子显微镜(SEM)或其他分析方法:为了进一步确认失效的模式,可以用SEM或其他分析方法来对异常的地方进行分析,确定是否有腐蚀性的元素等。

(8)电阻器失效分析报告的编写:失效分析报告是各项失效分析工作的总结。根据检测、开封或解剖分析、失效部位微观分析和显微分析,根据失效特征,结合失效物理的理论和经验,系统地总结电阻器失效的原因和失效机理,科学阐明导致该失效模式的原因。必要时,根据上述分析研究,提出能够消除失效根源、提高产品质量和可靠性的措施建议,包括产品设计、结构、采用原材料、制造工艺、使用条件及其筛选方法各个方面。

案例图片： 电阻器失效案例分析

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