引言
电阻器的失效机理是多方面的,材料工艺缺陷、工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程都可能引起电阻失效,从而影响整机产品的使用可靠性。本文以电阻阻值降低失效为例,通过外观检查、X-ray检查、thermal EMMI定位、SEM形貌观察、切片分析等测试方法,分析其失效原因与机理。
一、案例背景
采样电阻在PCBA上高温高湿、带电条件下发生失效,表现为阻值漂移。现进行测试分析,查找其失效原因。
二、分析过程
1. 外观检查
为确认失效样品外观是否存在明显不良,对失效样品进行外观检查。失效样品外观无明显的裂纹,破损等异常,正面丝印清晰。
2. X-ray检查
为确认失效样品内部是否存在明显的结构异常,对失效样品进行X-ray检查。
检查结果显示:失效样品陶瓷基体无明显的裂纹、破损,电阻调阻槽未发现有明显的烧毁等异常。
图1. 样品X-ray形貌
3. 失效现象复现
为确认失效样品的失效现象,割断电阻在PCBA上与其他元器件的连接后,对失效样品进行测试。常温下测试,失效电阻阻值满足规格书要求,把失效样品放进40℃、90%RH温箱,串联一起加电400V,140小时后断电,在常温下测试发现失效电阻阻值发生明显减小,低于规格下线。
4. Thermal EMMI定位分析
前面分析可知:在高温高湿,带电一段时间后电阻阻值发现减小,低于规格下限,说明电阻内部可能发生漏电现象。为确认电阻内部的漏电位置,对电阻进行了thermal EMMI定位分析,查找电阻内部电阻漏电点。
定位结果显示:失效电阻内部发现有异常亮点,异常亮点主要集中在电阻调阻槽的纵轴方向,说明电阻调阻槽的纵轴方向存在漏电现象。
图2. 失效样品thermal EMMI定位形貌
图3. 功能正常样品thermal EMMI定位形貌
5. SEM形貌观察
为确认失效样品表面是否存在裂纹,空洞等异常,对样品表面进行SEM形貌观察。
观察结果显示:失效样品表面有明显的孔洞,未发现有明显的裂纹。
图4. 失效样品SEM形貌
6. 切片分析
前面分析可知:失效电阻调阻槽内有漏电现象,未确认调阻槽内漏电的原因,对失效样品进行切片分析。
切片结果显示:
(1)#1失效样品在调阻槽位置发现树脂酥松及金属残余,通过EDS确认,金属残余的成分与电阻膜成分一致,说明调阻槽内存在电阻膜残余。
图5. #1失效样品切片形貌
图6. #1失效样品切片EDS
(2)#2失效样品在调阻槽位置发现金属富集、树脂层存在空洞,调阻槽内发现金属残余的现象,过EDS确认,金属残余的成分与电阻膜成分一致,说明调阻槽内存在电阻膜残余。
图7. #2失效样品切片SEM形貌
图8. #2失效样品切片EDS
三、总结分析
外观检查、X-ray检查等无损检查未发现失效电阻外观、内部结构发现有明显缺陷;
失效现象复现确认,失效电阻在进40℃、90%RH,带电140小时后出现了阻值漂移的现象,主要表现为阻值降低,且低于电阻规格下限,这与委托方反馈的现象一致;
为确认失效电阻内部导致阻值漏电的位置,对失效电阻进行了thermal EMMI定位。定位发现失效电阻调阻槽内部有异常亮点,亮点位置电阻内部漏电位置;
SEM形貌观察发现电阻表现有明显的孔洞,孔洞为水气进入电阻内部提供了通道。
切片分析发现:失效电阻调阻槽内部漏电位置存在明显的电阻膜残余,树脂层存在空洞、酥松等异常。而调阻槽内存在电阻膜残余,在存在水气的环境条件下,会导致调阻槽之间漏电流增大,而树脂层存在空洞、酥松同样会导致调阻槽之间的漏电流增加,这就是电阻在高温高湿带电条件下阻值降低的原因。
四、结论与建议
电阻阻值降低的原因为:失效电阻调阻槽内存在电阻膜残余及树脂层存在空洞及酥松等缺陷,在存在水气的环境条件下,调阻槽内部漏电,最终导致电阻阻值降低。而调阻槽内存在电阻膜残余属于电阻本身的质量缺陷。
改善建议
通过DPA破坏性物理分析等手段加强物料的来料质量管控。
*** 以上内容均为原创,如需转载,请注明出处 ***