电阻漏电失效原因分析

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。

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