贴片电阻阻值降低失效分析

案例背景

某样品贴片电阻在实际应用环境中出现故障，经排查为电阻值降低导致失效。

分析过程

外观分析

说明: 对样品电阻进行外观检测，电阻三防漆有气泡状态，整体电阻未见异物附着。

X-Ray分析

说明: 对样品电阻进行X-ray检测，电阻内部未发现裂纹、破损，以及异物，调阻槽“L”形清晰可见，未见烧毁等异常。

阻值测试分析

板上测试电阻

裁板测试电阻

说明：电阻标称值1MΩ/1%。针对样品电阻的测试，均偏离规格。将样品电阻部分从PCBA上裁下后，再次测试电阻值，基本无变化，说明无电路相关的影响。

针对电阻的相关测试

针对电阻的相关测试步骤

1.取一样品电阻，裁切下来进行清洗，去掉表面的三防漆及其他残留物，干燥后再次测试电阻。

 

测试结果：清洗后再次测试电阻阻值变化，697KΩ→583 KΩ。

2.取一样品电阻，裁切下来进行烘烤，温度60℃，放置72H，不加载电压。

 

测试结果：烘烤后再次测试电阻阻值变化，927KΩ→942 KΩ。60℃烘烤未见电阻值的明显变化。

（注：电阻60℃烘烤72h对电阻烘干作用有限，此验证仅做参考）

说明: 针对该电阻的测试，在电阻表面清除干净附着物（三防漆、助焊剂残留等）后，阻值仍然处于失效状态，可以排除电阻表面附着物导致的阻抗降低因素。

三防漆去除前后的表面成分测定

未除掉电阻表面的三防漆

 

说明: 对样品电阻进行EDS层扫描，电阻本体部分表面主要为C、O元素，无金属元素存在，即可排除三防层上有异物导致阻值降低的可能性。

去掉电阻表面的三防漆后测试

分析方法：利用棉签剥离电阻表面三防漆，再通过SEM/EDS方法确认表面状态。

 

说明: 电阻去除三防漆后，再进行EDS层扫描，电阻本体部分表面主要为Si元素以及少量的Br元素，无明显的金属性元素聚集形成短接。

器件开封

方法：利用711树脂去除剂在高温浸泡下（约8h），去除电阻表面的玻璃釉保护层，清洗后确认电阻膜表面状态。电阻开封后的表面SEM&EDS分析均无异常。

 

说明: 对电阻进行开封，去除玻璃釉层后，电阻表面未见Ag迁移以及其他异常，测量的电阻值为999KΩ，阻值偏离失效现象消失，恢复正常（标称值为1MΩ，1%）。从而说明造成电阻阻值变小的位置处于玻璃釉层或电阻膜层。

SEM&EDS分析

表面SEM分析

观察电阻调阻槽表面覆盖保护层（树脂），其形貌粗糙，存在孔洞（黄色箭头指示）。

表面EDS分析

 

 

调阻槽“L”SEM分析

 

说明：样品经断面研磨观察，电阻可靠性本身存在限制，调阻槽上方保护层存在孔洞、微裂纹，且调阻槽存在疑似金属残留。

断面调阻槽残余金属EDS分析

 

 

说明：调阻槽残余金属检出Pb元素，为电阻膜组成元素。

电阻相关的限制参数

查电阻规格书，针对电阻温度特性的关键参数如下：

 

从上记规格书内容可见，该电阻的工作温度在70℃以下，才能保障其正常的负荷能力。当电阻在70℃上限运行时，其阻值会存在大于1%的精度偏差。电阻稳态湿热可靠性测试的实验条件为40℃/90%RH。

说明：该产品应用于小型基站，其工作上限温度为70℃。当超出该温度时，其负载能力及阻值偏差会发生变化。

分析结果

不良解析

1. 通过对样品电阻的一系列分析验证，可以判断电路回路、异物（污染）、Ag迁移等因素不是导致电阻阻值降低的原因；

2.通过对样品电阻的分析，可以判断电阻存在明显缺陷如下：

①电阻表面保护层存在粗糙、孔洞等缺陷；

②电阻调阻槽内存在电阻膜残余金属Pb；

3.通过对电阻应用环境与电阻规格要求的比对，电阻运行时的实际温度可能比较高，电阻额定温度为70℃，超出该温度，会导致其负载能力降低，阻值偏差增大。

失效机理

要因1：电阻保护层存在孔洞、粗糙等异常现象，为水汽进入电阻内部提供了通道，电阻调阻槽内部存在明显的电阻膜残余金属。

要因2：电阻在高温高湿条件下运行，水汽会侵入电阻保护层，到达调阻槽。调阻槽残余的电阻膜金属和水汽结合，在一定的电流作用下，会使调阻槽之间的漏电流不断增加，最终导致电阻值降低。

要因3：电阻的应用环境可能超限。电阻额定温度为70℃，实际应用环境可能超出该温度，继而导致其负载能力降低，阻值偏差增大。

失效结论

该电阻存在电阻保护层存粗糙、孔洞缺陷，且电阻调阻槽内存在电阻膜金属残余的情况，当运行的环境达到或超出其应用环境时，便会加速了电阻的老化作用，导致阻值偏离。

改善方案

电子产品的可靠性设计，其核心在于电子元器件的选择。电子元器件的质量与规格直接影响它在实际应用时能发挥出来的功能。据此，提出以下改善建议：

1.建议加强电阻可靠性的分析管理，进行DPA分析，保障电阻结构上无缺陷；

2.针对该应用产品，建议采用耐高温高湿能力较强的精密电阻，减少应用环境对阻值的影响。

新阳检测中心有话说：

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审核编辑 黄宇