厚膜片状电阻硫化的失效机理及预防

检测工程师招聘:厚膜片状电阻硫化的失效机理及预防

2020-05-20 08:54:07热度:作者:来源:http://www.coach0outLet.com

厚膜片状电阻硫化的失效机理及预防

电阻的硫化失效是厚膜片状电阻常见的一种失效现象,电阻的硫化会导致电阻的阻值的增大或开路失效。据研究表明,电阻尺寸差异影响电阻硫化的失效概率,尺寸越大,电阻硫化失效概率越低,抗硫化失效持续时间越长。电阻产品的小型化使得电阻硫化失效现象这一问题变得不可忽视。再者,越渐严峻的工作环境,也使得电阻发生硫化失效的情况越发增多,对电阻的抗硫化性能要求也越渐提高。因此,研究电阻的硫化失效原因、失效机理、失效现象等方面,对提高片状电阻的可靠性具有极其重要的意义。

厚膜片状电阻的物理结构

对贴片元件而言,硫化现象一般只发生在厚膜片状电阻中,而对薄膜电阻器并无影响,这与厚膜片状电阻本身的物理结构有很大的关系。

厚膜片状电阻的端电极,一般采用三层电极结构,如图 1所示。三层电极包括内电极、中间电极与外部电极,其中内电极包括面电极、侧电极与背电极。内电极中的面电极由具有良好导电性、高熔点的银钯(Ag/Pd)浆料烧结而成,加入钯(Pd)能提高陶瓷基体与电极的粘合与附着。侧电极的材料一般使用镍铬(Ni/Cr)合金,背电极是银(Ag)电极。中间电极是电镀而成的镍(Ni)层,外部电极是锡(Sn)镀层。二次保护的包裹层是非金属的不导电层。

厚膜片状电阻硫化的失效机理及预防

图1 厚膜片状电阻器的结构示意图

厚膜片状电阻的失效机理

硫化失效容易发生于二次保护包裹层和面电极的交界线区域。由于制作工艺上很难使面电极与二次保护包裹层的交界线处形成电镀层(Ni层和Sn层),因此交界线处容易存在孔隙或缝隙(如图 2所示),尤其当丝网漏印二次保护包裹层的边界不整齐时,情况则更加严重。外界含硫的物质通过二次保护层与电极之间结合处的孔隙或缝隙渗入到面电极,面电极中的银(Ag)极易与硫(S)发生化学反应,银(Ag)被硫化生成灰黑色、导电性能差的硫化银(Ag2S),导致电阻的阻值增大或是开路失效。硫化的化学反应方程式如下:

厚膜片状电阻硫化的失效机理及预防

图2 二次保护层与面电极间存在缝隙

厚膜片状电阻硫化的失效机理及预防

图3 电阻硫化过程

厚膜片状电阻硫化的失效机理及预防

图4~图6为硫化失效生成硫化银的典型形貌与能谱图。

厚膜片状电阻硫化的失效机理及预防

图6

厚膜片状电阻硫化的失效机理及预防

图4方框所示区域的EDS测试结果

硫化失效的电阻切片面电极银层的形貌见图7和图8。图8中,外界含硫物质从二次保护层与端电极之间结合处的缝隙渗入到面电极,生成硫化银(Ag2S)使电阻阻值增大失效。

厚膜片状电阻硫化的失效机理及预防

外界因素对电阻硫化失效的影响及其预防方法

通过对厚膜片状电阻失效机理的分析可以得知,电阻硫化失效会受到很多外界因素的影响,针对不同的影响,也有相应的预防方法。电阻硫化失效主要有以下几个方面的影响及其预防方法:

1、硅胶灌封问题

虽然硅胶的本身不含硫,但硅胶的多孔结构对空气中的硫化物就有较强的吸附作用。灌注在电阻上面的硅胶,不断吸附空气中的硫化物,硅胶中的硫化物浓度不断增加,高浓度的硫化物很容易通过电阻端电极和二次保护包裹层交接孔隙或缝隙进入到电阻面电极形成硫化银,导致电阻阻值增大失效。因此在使用灌封胶时要注意是否会造成电阻硫化失效,通过灌封胶的选型上选择抗硫化性能良好的灌封胶或者使用三防胶工艺隔绝空气可以较好地回避这一因素所带来的影响。

2、电阻生产或装配过程中受到机械应力

电阻在生产或装配过程中受到机械应力导致二次保护层与外电极镀层间缝隙变大,使外界含硫腐蚀气体更容易通过二次保护层与电极镀层之间交界处渗透到面电极,与面电极的银硫化。通过改善电阻的焊接工艺、优化电路板的设计等方法可减少机械应力对电阻造成损伤进而发生硫化失效。

3、电阻封装与尺寸差异

片状电阻本身封装存在差异,外电极镀层与二次保护层搭接长度不可控,搭接长度的长短与电阻抗硫化能力的优劣有一定影响。另一方面,电阻本身尺寸对电阻的抗硫化能力也有影响,电阻的尺寸越大,抗硫化失效的时间也越长。很多电阻厂家通过各自不同的工艺手段,针对这些影响因素,设计出专门的抗硫化电阻,来提高电阻的抗硫化能力。使用方在电阻的选型上,可以直接选用各厂家设计的抗硫化电阻来避免电阻硫化所带来的影响。

4、含硫物料对电阻的影响

PCB绿油、导线封胶、电子油漆等物料都含有硫元素,这些物料有可能在工作的过程中会释放含硫物质,导致电阻发生硫化失效。在物料的选取上需考虑物料是否会对电阻产生的影响,再进一步确定是否使用该物料。

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