芯片电阻器的故障现象、故障原理和解决方法 (1)

芯片电阻器的故障现象、故障原理和解决方法 (1)

2021-09-27

芯片电阻器与其他电子零部件相比虽然属于比较不易引发故障的零部件,但是在过载或严苛的使用环境下仍然会发生故障。
本次我们就芯片电阻器的故障现象、故障原理和解决方法进行解说。

故障现象概要

芯片电阻器的故障现象大致上包括下表所示的7个项目,其故障模式为电阻值增大/open(断线)和电阻值下降/short(短路)。

No. 故障现象 使用环境 故障部位 相应芯片
电阻器类型
故障模式
1 迁移 卤素成分的附着 内部电极 全部 电阻值下降/
short(短路)
2 电解腐蚀 电阻体 薄膜类型 电阻值增大/
open(断线)
含硫气氛 电阻体 薄膜类型
3 硫化 内部电极 全部
4 电极剥落 过度的机械应力 中间电极 全部
5 焊锡开裂 贴装焊锡 全部
6 电阻体烧损 电气过载 电阻体 全部
7 电阻体劣化 电阻体 厚膜类型 电阻值下降
表1.芯片电阻器的故障要因小结
图1 芯片电阻器的结构图(概要)
图1 芯片电阻器的结构图(概要)

实际故障大多数为电阻值增大/open(断线)。

下面我们就各自的故障现象,对其原理和解决方法进行详细说明。

迁移

迁移的原理

所谓迁移一般是指这样一种现象,即在形成有一对电极的状态下,若在高湿环境下向电极间施加电压,阳极的金属会离子化而向相反方向的阴极移动,重新在阴极被作为金属生成。
在阴极被生成的金属将呈树状成长,电极间的绝缘下降,最后成为short(短路)。
在被曝露于通电/水/卤素物质这3个要因重叠的环境时,迁移一般包括在电子零部件外部(焊锡)发生的“Sn迁移”、和在电子零部件内部发生的“Ag迁移”。

图2 迁移的示意图
图2 迁移的示意图

由于Ag电极被保护膜或镀层完全覆盖,因而Ag迁移是在一般使用环境不可能引发的现象,但是当助焊剂等中所包含的卤素物质(F、Cl、Br)在保持活性力的状态下附着的情况下,则会引起保护膜的劣化(剥离)并生成水,在该处存在电位时可能会引发迁移。

迁移的解决方法

防止迁移有以下两种可能的方法。

  • ① 以避免卤素物质成为残渣的方式,用无卤素洗涤剂来去除。
  • ② 使用助焊剂或胶粘剂时,进行适当的热处理*以消除卤素物质的活性。

    *有关详细的热处理条件,请分别向助焊剂厂家和胶粘剂厂家进行确认。

电解腐蚀

电解腐蚀包括起因于卤素成分的腐蚀和起因于硫磺成分的腐蚀。

电解腐蚀的原理

正如在迁移中所描述的那样,在助焊剂、胶粘剂及洗涤剂中所包含的卤素物质(F、Cl、Br)已作为残渣附着于芯片电阻器表面、及曝露于含硫气氛的情况下,芯片电阻器表面的保护膜将会劣化,含硫气氛中的卤素和含硫的水分也将易于进入到内部的电阻体。
薄膜芯片电阻器由于在电阻体上使用了镍铬合金(Ni-Cr),因而电阻体会被此进入的卤素和含硫的水分腐蚀,导致电阻值增大或open(断线)。

图3.电解腐蚀图像
图3.电解腐蚀图像

另外,由于厚膜芯片电阻器的电阻体是氧化钌和玻璃的混合烧结体,因而不会发生电解腐蚀。

电解腐蚀的解决方法

防止电解腐蚀有以下三种可能的方法。

  • ① 以避免卤素物质成为残渣的方式,用无卤素洗涤剂来去除。
  • ② 在使用助焊剂、胶粘剂等时,进行适当的热*处理以消除卤素物质的活性。

    *有关详细的热处理条件,请分别向助焊剂厂家和胶粘剂厂家进行确认。

  • ③ 去除含硫气氛,或予以隔离。

硫化

在芯片电阻器被曝露于含硫气氛时,会使得内部电极劣化。我们将其称作硫化。另外,内部电极使用银基金属的产品会发生硫化,因而厚膜类型和薄膜类型都会发生硫化引起的故障。

硫化的原理

芯片电阻器若被曝露于含硫气氛,硫磺成分就会从保护膜和镀层的间隙进入。并且,当硫磺成分达到内部电极(银)时,银(Ag)和硫磺(S)会发生化学反应而成为绝缘物(Ag2S),内部电极被腐蚀而使得电阻值增大,最后导致open(断线)。

图4.硫化图像
图4.硫化图像

硫磺成分多的场所包括火山和温泉附近;汽车尾气中;使用切削油和橡胶产品的环境。此外,在一般环境下使用的部件材料中也可能包含硫磺成分。譬如,冷却风扇的过滤器和填料用、防振用的橡胶产品和海绵、硅基涂层剂等中也含有促进硫化的成分。

硫化的解决方法

防止硫化有以下三种可能的方法。

  • ① 去除含硫气氛,或予以隔离。
  • ② 不使用含硫磺的部件材料。
  • ③ 选定耐硫磺成分的零部件。

其中,防止硫化的最有效的方法是③选定耐硫磺成分的零部件。本公司的产品阵容中包括 “耐硫化芯片电阻器”,这种电阻器使用了不易发生硫化的高钯银电极和金电极。

我们在本次的消息中就“故障现象概要”、“迁移”、“电解腐蚀”、“硫化”进行了说明。下次我们将对从“电极剥离”到“电阻体劣化”的4个项目进行解说。

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