揭阳市美得福电子有限公司 广东 揭阳 522000
摘要：在电子线路中的基础元件电阻器其使用量大，用途广泛，但其意外失效严重困扰生产者和使用方，究其原因，电阻器本身氧化铝基体的固有缺陷、膜层的附着力和均匀连续性，帽盖和基体的紧密度，包封涂料的规划情况，对其有显著影响。
关键词：电阻器，固有缺陷，偶然失效。
电阻器作为通用的三大基础电子元件，在电子线路中用做分压，分流，匹配负载，限流，在RC电路中作为振荡，滤波，旁路和时间常数元件，常规的线路板上，往往电阻器是所见的数量最多的元件，在所有元器件的失效占比中也相对较多，给使用者、生产者带来诸多困扰。
对于薄膜电阻器而言，膜层受瓷基体表面平整度的影响，膜层具有不连续性和凹凸不平，体现在温度系数的非线性方面，而此时导体的电阻率和膜层厚度有直接关系，往往膜层越薄，电阻率越大，因而膜层薄处的方阻会成倍高于别处的方阻，如在切割工序时该处槽纹变窄，电阻器在承受负荷时该处分担的电压高，功耗多，往往是失效的隐患点，此类失效因偶发和难以重复还原，因而难以预防。但在切割工序槽纹的平滑性，有效长度的增加及对成品施加合适的老化可以有效减少该类失效。
由于单机自动化程度的不断完善，传统电阻器的生产加工环节均是大批量生产，分工明确，有专门生产氧化铝瓷基体的、冲帽电镀的、化学镀镍（低阻值部分）的、有磁控溅射金属膜的，高温被碳膜，高温喷氧化膜的、丝网印刷或浸膜涂覆玻璃釉膜的等上游产业链企业，也有对压分好的组分品进行切割、焊接、涂装做好电阻器成品的众多下游企业，产业链的细分极大的降低了生产成本，但在出现失效时也给有效分析带来了问题，除电阻器加工生产时的切割、焊接不良，涂装是分选检测的误动作造成阻值精度不符合外，在对产业链追溯时会发现，被膜厂家说是涂料的问题导致，涂料厂家说是膜层质量不稳定，再追溯会发现，被膜时对基体的预处理（烧结、清洗）对膜层有影响，靶材、喷膜的药水配方(化学镀液体的配方）、真空度、热处理的时间温度等，这些涉及到膜层的一致性和稳定性，瓷基体中氧化铝的含量、表面缺陷、平整光滑度、圆度、裂纹等等所带来的问题难以发现确是致命的，优势生产中能发现有点是在通电使用一段时间后才暴露出来，追溯杜绝的周期长，各方损失大。
本文就一种非常见但具有代表性的电阻器失效做一些分析，希望对有效防范该类失效起到借鉴。
1、一喷膜工艺膜层的氧化膜电阻器，在线路中做电流取样，需承受较高的电流突变的冲击，该客户使用多年，反馈一批料件在终端出厂冲击测试中有6只异常开路，从不良品的外观看，有的完好无损；有的有类似熔断电阻器过电流熔断时的情况，基体中间位置有凸起的黑点，周围保护的有机硅涂料因高温而发白，色环颜色也异常；有的类似长时间过负荷，因高温整个电阻体发白并有高压冲击后漆层有裂纹的现象
2.1原因分析
从6只不良品的外观看，反映出的失效原因是大不相同的，两只外观无损，说明是瞬间损坏的，剥漆后看，切割槽纹正常分布无异常，其中一只在槽纹一端烧毁，深沟中熔融的白瓷体肉眼可见，另一只槽纹两端在一轴向面均呈现熔融状烧毁，此两端是槽纹的始端和末端，一端肯定是电流的入口端，可见冲击能量之大，热量来不及扩散就烧毁瓷基体（熔瓷温度需达1250~1300℃），这种情况一般认为不是电阻器本身功率不够，而是线路中超高的脉冲或浪涌导致瞬间大电流，严重超过电阻器的承受所致。失效电阻器底漆和色码变色（不良品2、3）的外观显示电阻器承受超功率负荷发热导致，不良品2的发热点集中，膜层消失，在膜式电阻器中氧化膜膜层与基体附着最为良好，不易脱落，疑似该点有类似熔断电阻器熔断剂类物质存在；不良品3说明瞬间电阻体发热膨胀，漆膜开裂，后两者说明电阻器过负荷的时间较长，感应电流突变后脱扣反应慢。
该规格电阻器客户使用量大且使用多年，线路及测试存在问题的可能性小，供应商反馈的信息是瓷基体、被膜工艺均无变更。依经验判断，不良品1似乎瓷基体有问题，如基体在该处有氧化铝以外的杂质，熔点低散热性能差所造成？但同一基体在两处 异常的情况比较罕见；不良品2的局部膜层已消失，不良品3 的膜层局部发生质变。
2.1.1对不良品1 的解剖分析
在对不良品1的解剖过程中被告知，电阻体有丝状纤维附着，该纤维较长且被树脂包裹，但解剖过程纤维状物轻被风吹走无法拍照。难道是清理漆轮用的棉花或碎布上的纤维残留导致电阻器局部短路？而棉花或碎布是绝缘物。此理不通。
2.1.2对不良品的解剖分析
从对膜层处扫描处的物质成分看，出现了锡（Sn）和金（Au）的异常，锡的存在好理解：在切割和焊接工序，带帽电阻体的相互摩擦会把帽盖上的锡残留的基体膜层上，但金从何而来？无法解释。但金属成分的存在或许是失效的原因之一。
对该处的成分分析：碳（C）元素较高，是硅树脂中甲基裂解的碳（C2H50-(CH3)2Si-O0((CH3)2-Si-O)m-），其余元素也未见异常。
3、扩大分析对象，寻找真正原因
对上述三种失效的分析后似乎没有明确指向，鉴于此对该规格的产品在涂装前进行老化，排除漆层的影响，对库存成品再做老化，排除隐患。
3.1对焊接好引线的产品先进行阻值测量，满足精度要求后再进行老化处理，对阻值相对变化超出要求的个体逐一分析，在几十个批次一百余万只在产品中出现了直接烧毁的现象，且集中在几个批次中
这种情况在生产中一般是高阻中混了未切割的或低阻才会发生的情况，而处理阻值满足要求的产品如出现是极不正常的，顺便排除了绝缘漆的影响。
3.2，鉴于上次分析时只对瓷基体表面分析（担心折断时不一定是需要的端面），这次对同一批次的良品折断研磨端面对比烧毁后的研磨端面，吸虹后，可见瓷基体的暗裂纹是烧毁的真正原因。
退膜前的膜层状况和客户反馈的何其相似！只是客户处的不良品1裂纹比这只短或是沿同一轴向的暗裂纹，被质变的膜层掩盖或熔融掉暗纹，找错了分析方向。再次验证基体的暗裂或明裂是罪魁祸首！
结束语：接到客户的不良反馈，得到上游企业的积极配合，一起对比实验，做了几个层面的微观分析，对失效的原因也得到共识，并在后续的生产中增加了针对性的预防检验措施，在我司和客户端的生产使用中没有再发生类似事故。
由于认知水平的有限，文中不当和错误之处难免，敬请批评指正。
感谢合作伙伴的理解、支持和配合。
参考文献：
1.GB/T2423.9-1989电工电子产品基本环境试验规程 试验Cb:设备用恒定湿热试验方法
2.GB/T5729-2003电子设备用固定电阻器 第一部分：总规范
3.SJ/T10872-2000电子元器件详细规范 低功率非线绕固定电阻器 RJ15型金属膜固定电阻器评定水平E
论文作者:周靖
论文发表刊物:《中国电业》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/5
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