揭阳市美得福电子有限公司 广东揭阳 522000
摘要：金属膜电阻器而其高稳定性，高精度在现代电子线路中得到广泛使用，行业标准因早先生产工艺的限制、阻值范围较窄，而在实际应用中，超出标准阻值范围的电阻器大量使用，当低阻出现非线性异常，高阻发生开路失效时，因无相关标准依据而产生异议和分歧。
关键词：行业标准，非线性。
目前还在有效执行的金属膜电阻器，详细规范如下：
现在市场上使用的产品阻值范围早超出了上述各详细规范，因其温度系数小、电压系数小、噪声低、稳定性好得到广泛使用。下面是两起金属膜电阻器非正常失效案例分析，供参考。
案例一，配合多年的客户生产一款电源柜，64路并行输出，每路8条输出端，这8条并行输出各独立使用一只RJ2W 1.6Ω电阻器做电流（600mA）采样，单片机对电流变化进行分析要求负载在五次循环中电流变化不超1%，对该路负载端做评级分类，因此要求该电阻器有高的稳定性，超低温度系数，在五次循环中温升小，每台机中使用的电阻器阻值精度不超1‰，1‰精度的电阻器和5‰精度的电阻器价格有明显差异，客户出于成本的考量，选择使用5‰精度电阻器，在使用时自行分拣匹配，该电阻器在客户一年多（使用量约10万只）的使用中，客户反馈良好。
后因机型扩展，原来一块电源板驱动八块板六十四端口，正常电流是600mA，新机型为一块电源板驱动四块板三十二端口，输出电流1100mA，采用RJ3W 0.75Ω金属膜电阻器，原先RJ2W 1.6Ω电阻器正常使用，当对方提出新样品需求时，正好有库存的坯体阻值可以生产该规格，经试验对比，采用沉积膜坯体的有成本优势，但恒压负荷时电流有波动，真空溅射工艺生产该坯体时成膜时间成倍增加，但膜层的致密度好，负荷能力强稳定性好，成本明显高。两种样品提供给客户试验后，选择了后者并开始批量供货。
客户端使用半年后反馈有下图失效损坏情况，无法提供批次（RJ3W 0.75Ω）
取两只不良品的选取五个测量点，其膜层厚度如下表：
其2#不良品发黑点的膜层0.35um，比其余部位薄，本应阻值变大，实际情况是阻值变小，与常规不符。但放大后整体观察此低阻的膜层呈颗粒状结构不平整，较中高阻膜层外观差异大，这也就是成膜时溅射时间长，晶粒堆积的非均匀生长造成的。这种现象，是常见的膜式电阻器温度系数非线性、阻值与电压的关系亦成非线性的特性，与膜层导体的分散性结构所引起的，在溅射过程中，膜层是由导电颗粒式细小的晶粒组成，晶粒壁之间有接触电阻，晶粒内部和晶粒壁的结构不完全一致，存在间隙电阻其连续性和块状金属是有明显区别的，溅射工艺生产的电阻器膜层其结构虽较沉积膜的密实完整，但不连续性肯定是存在的。从该电阻器的本身分析，额定电流2A，长期使用1.1A未超出选用范围，当电阻体有温升，表面温度在50℃左右，此现象可以解释为电压升高使间隙电阻下降引起的非线性，同时间隙电阻与温度亦有关，温度升高间隙电阻变小，间隙电阻变小在施加电压保持不变的情况下整体电流增大，是膜式电阻器非线性机理的另一种体现，与电阻器超负荷整体发热产生阻值变化需一定时间，而非线性是一种瞬时效应，这与客户端发现失效电阻器虽然表面烧蚀的面目全非但与其接触的线路板并未造成严重烧毁，线路还在工作状态，只是显示负载端异常，打开电源柜后发现电阻器已损坏。
取正常品和不良品再做1万次通断冲击实验，100小时1.5A负荷实验，或许是样本少的原因，均未见在客户端发生的异常。从单个电阻体膜层厚度和个体之间膜层厚度差异明显，又由于采用点刻工艺，导电带短，膜层结构的不均匀，各方阻不均等，导电颗粒之间所承受的电压亦有差别，导致非线性增大。
为消除这种隐患，对未加帽的坯体提高热老化温度，延长老化时间，刻槽后的半成品进行热老化和电老化（由于是低阻，电老化电流大，周期长，成本高），实验数据表明相对变化减小、稳定性提高，受到现行标准阻值范围的权威限制，客户顾虑难以消除，建议谨慎使用。
在查看了客户封装的线路板后，做模拟实际应用对比分组实验：取四个不同批次的金属膜电阻器（一组为同行厂家），一组RG高压玻璃釉膜电阻器，同批次的再分两组，一组封实际使用时的防潮胶，一组不封防潮胶，在温度85℃和50℃恒温条件下施加直流250V试验发现，对防水胶的在480-530小时后已开路式变值，未涂胶的在720-750小时后已变值，如下表：
封防水胶的电阻器外观 未封防水胶的电阻器外观
和未灌封防水胶的电阻器在剥漆时相比，从防水胶中取出的电阻器包封漆层发粘无脆性，电阻器切割沟槽中有明显的油漆残留，膜层消失方向相同并相似，未灌封防水胶的电阻器剥漆正常，7#试验品在导电带区域发现一片有灰的现象。
高阻金属膜电阻器膜层较薄，耐脉冲和防潮湿是其弱项，封防水胶后的产品本应耐潮湿性能更佳，但实际效果却相反，膜层电蚀现象明显，所灌封的防水胶查无MSDS报告亦无卤素报告，酸碱性记录，众所周知，一般的封装胶中Cl-含量高，而金属膜层对Cl-极为敏感（生产过程中均避免用手接触，防止汗液中的Cl-污染膜层），在直流负荷情况下，Cl-的存在电蚀反应会加快，造成开路。同期试验的RG高压玻璃釉电阻器无论封胶与否均无异常，但涉及该电阻器铅的含量较普通电阻器高出很多，虽属豁免，客户需申报。对比试验的效果，客户表示认可。
从上述两则金属膜电阻器失效案例看，阻值均超出现有标准的阻值范围，实际使用的电压、电流符合计算要求，但当出现失效时因无标准对照产生分歧。就低阻膜层结构而言，在大电流和温度作用下表现出因晶粒再生长结晶的非线性特性；高阻（也适用于低阻）因使用者外加的保护封装料对特定电阻器的影响尚不明晰，生产者和使用者的对使用条件、电阻器在线路中的作用、二次封装的影响应充分沟通论证，正确选型尤为重要，避免给双方带来困扰。
在上述两起失效案例分析中，对客户的配合，供应商的鼎力支持，协会科技委主任关银贵老师给予的指导一并表示衷心感谢。
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:《当代电力文化》2019年第07期
论文发表时间:2019/8/15
标签：电阻器论文; 阻值论文; 金属膜论文; 晶粒论文; 电流论文; 电阻论文; 客户论文; 《当代电力文化》2019年第07期论文;