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电阻漏电失效原因分析

2022-11-11  浏览量:46

 

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。

 

样品X-ray形貌

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。

 

失效样品thermal EMMI定位形貌

图2. 失效样品thermal EMMI定位形貌

 

功能正常样品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。

 

失效样品SEM形貌

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。

 

#1失效样品切片形貌

图5. #1失效样品切片形貌

 

#1失效样品切片EDS

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。

 

#2失效样品切片SEM形貌

图7. #2失效样品切片SEM形貌

 

#2失效样品切片EDS

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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