【电子元器件】贴片电阻的故障现象、故障原理和解决方法

本文章是笔者整理的备忘笔记。希望在帮助自己温习避免遗忘的同时，也能帮助其他需要参考的朋友。如有谬误，欢迎大家进行指正。

一、故障现象概要

贴片电阻与其他电子元器件相比，虽然属于比较不容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。贴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)。实际故障大多数为电阻值增大/open(断线)。

表1.贴片电阻器的故障要因小结

图1 贴片电阻的结构图

二、迁移

1. 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”。

迁移示意图

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。

2. 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。

备注：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。

三、电解腐蚀

1. 电解腐蚀的原理

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。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)。

备注：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。

电解腐蚀图像

2. 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。

备注：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

四、硫化

1. 硫化的原理

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。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)。

硫化图片

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。

2. 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。例如“耐硫化电阻器”，这种电阻器使用了不易发生硫化的高钯银电极和金电极。

五、电极剥落

1. 电极剥落的原理

电极剥落是指向芯片电阻器施加强烈应力，使内部电极和中间电极剥落的一种故障。由于回流焊时过度的焊锡收缩和印刷电路板的挠曲及模塑树脂的固化收缩，中间电极受到强烈应力作用而剥落，电阻值增大，最后导致open(断线)。在焊锡量过多或在超过推荐回流焊条件的温度曲线下贴装时会发生这种故障。此外，在使用高温焊锡等不易引起开裂的特殊焊锡时也有可能导致电极剥落。另外，如果是模塑树脂，不仅是端子，而且产品本身也有可能开裂。

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电极剥落的示意图

2. 电极剥落的解决方法

为了防止电极剥落，贴装时必须在适当的焊锡量和推荐回流条件内的温度曲线下进行。

适当焊锡量的大致标准如下。

T ≧ t ≧ T/3

T : 芯片电阻器高度
t : 焊角高度

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适当的焊锡量

六、焊锡开裂

1. 焊锡开裂的原理

焊锡开裂主要是因客户使用环境中的热冲击应力而发生的一种故障现象。由于实际使用时反复的温度变化(温度交变)，贴装焊锡可能会因芯片电阻器与印刷电路板的热膨胀/收缩率差异产生的应力而开裂，在车载用途等具有较大温差的用途中尤其需要注意。当发生焊锡开裂时，电阻值将会增大，最后导致open(断线)。

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焊锡开裂示意图

2. 焊锡开裂的解决方法

作为针对实际使用时反复的温度变化(温度交变)的一项对策，重要的是遵守适当的焊锡量和选定适当的零部件(PCB、焊锡)，但采用对热冲击具有高可靠性的零部件(缩小尺寸的产品和长边电极型电阻器)也很有效。

七、电阻体损伤

1. 电阻体损伤的原理

电阻体损伤是因过载、过度的ESD、过度的浪涌脉冲等原因导致电阻体发热、断裂损伤、电阻值增大或断线(open)而发生的一种故障现象。

2. 电阻体损伤的解决方法

由于芯片电阻器的额定功率是固定的，所以基本上要在此额定功率以下使用。因此，设计时应使芯片电阻器上施加的功率在额定功率以下。但是，由于在ESD(静电放电)、浪涌(开关浪涌等)等瞬态大功率负载下难于确保施加的功率在额定功率以下，因此，作为外加ESD或浪涌时的一项对策，可以考虑以下两种。

① 在电路上同时使用防止ESD、浪涌的零部件，以尽量减少ESD、浪涌对整个电路的影响。(使用ESD抑制器、压敏电阻等)

② 选定耐ESD、浪涌的零部件。

八、电阻体劣化

1. 电阻体劣化的原理

电阻体劣化是指电阻体由于过载产生的热量而变质的一种现象。这是在电阻体材料由导电颗粒和玻璃构成的厚膜电阻器上发生的一种故障。在对厚膜电阻器施加极短时间的过载(包括过电流、ESD、浪涌)时，不会导致电阻体熔化，构成电阻体的玻璃(绝缘部)绝缘下降，电阻值也可能减小。

2. 电阻体劣化的解决方法

防止电阻体劣化的方法与“电阻体损伤”基本相同。