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片狀電阻硫化失效機理及應(yīng)用可靠性研究

作者:崔斌 時間:2017-06-28 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
編者按:空調(diào)控制器主板在售后使用1-3年后出現(xiàn)的報PL故障,經(jīng)過失效品分析及大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計,大部分電阻失效集中在控制器外電路的直流母線電壓檢測電路片狀電阻位置,電阻表現(xiàn)為值大、開路失效,通過對售后返回大量的電阻失效分析和電阻硫化實驗驗證,采用掃描電鏡、能譜分析等手段研究了厚膜片式電阻器的硫化現(xiàn)象和失效機理。分析研究結(jié)果顯示,片狀電阻端電極和二次保護包覆層之間存在縫隙,空氣中的硫化物通過灌封硅膠吸附進入到片狀電阻內(nèi)電極,導(dǎo)致內(nèi)電極涂覆銀層的銀被硫化,生成電導(dǎo)率低的硫化銀,使電阻的阻值變大甚至呈現(xiàn)開路狀態(tài)。經(jīng)大量的方案

4 影響電阻硫化因素分析

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201706/361126.htm

  通過對失效機理分析及相關(guān)實驗驗證可以看到,電阻受到外界影響因素很多,通過實驗發(fā)現(xiàn)有以下幾種影響因素,識別影響因素采取有效管控措施。

4.1 機械應(yīng)力影響

  R203電阻位置在生產(chǎn)過程或裝配電器盒后存在機械應(yīng)力,致使二次保護層與外電極鍍層間縫隙變大,加速外界含硫腐蝕性氣體通過二次保護層與電極鍍層之間的交界處滲透到面電極,使面電極的Ag被硫化,生成了化合物Ag2S 或Ag2SO3而失去導(dǎo)電能力,在阻值上表現(xiàn)出“開路”或“阻值增大”的失效現(xiàn)象。R121和R146位置應(yīng)力較小,在短期內(nèi)未出現(xiàn)。試驗驗證也證明電阻受機械應(yīng)力影響。

4.2 封裝差異及本體尺寸差異

  本身封裝差異。因外電極鍍層與二次保護層搭接長度不可控,搭接長度長的,抗硫化能力好,搭接長度短的,抗硫化能力差,具體差異見圖5。R203位置電阻可能抗硫化能力較差,易出現(xiàn)硫化。 電阻本體尺寸越大,電阻抗硫化失效持續(xù)時間越長。

4.3 硅膠附硫效應(yīng)

  核實售后復(fù)核搜集故障品,硫化失效電阻R203絲印靠近主芯片,涂覆硅膠較多,R121、R146靠近高頻變壓器,實際沒有涂覆硅膠。經(jīng)過實驗驗證硅膠有附硫效應(yīng),會吸附硫化氣體,加速硫化,外加機械應(yīng)力,進一步加速硫化速度。

4.4 裝配環(huán)境影響

  下方即是壓縮機及管路件,壓縮機使用隔音棉、管路件使用阻尼塊等經(jīng)過檢測均含有硫元素,需要對空調(diào)內(nèi)部含有的物料進行識別,脫硫去除物質(zhì)中的硫。

5 硫化失效解決方案

5.1 采用三防膠工藝

  在PCB板器件本體均勻涂覆三防膠形成有效保護膜,可以隔絕空氣,防止電阻硫化。我司使用日本信越三防膠(日本信越三防膠性能參數(shù)如表3),有效解決電阻硫化失效問題。

5.2 使用抗硫化電阻

5.2.1 抗硫化電阻方案一

  通過延長二次保護包裹層設(shè)計尺寸,同時讓底層電極覆蓋二次保護,大到一定尺寸,電鍍時鎳層與錫層均容易覆蓋二次保護層,避免二次保護層邊緣暴露在空氣中與硫化氣體化合反應(yīng),提高電阻抗硫化能力。具體方案設(shè)計如圖6。

5.2.2 抗硫化電阻方案二

  采取濺射鎳-鉻阻隔層,阻隔層設(shè)計將銀電極四周及銀電極與二次保護層搭接處全部保護起來,有效阻隔含硫氣體侵蝕銀電極。具體方案設(shè)計如圖7所示。

5.3 采用高鈀含量或是附金面電極電阻

  電阻底層電極采取高鈀電極漿,金漿,鈀含量根據(jù)實際應(yīng)用情況及價格選取,一般鈀含量小于5%,也有10%。鈀和金的穩(wěn)定性很好,不會受硫化氣體影響,可以有效降低銀離子遷移及電阻硫化失效產(chǎn)生。

6 整改總結(jié)及意義

  片狀電阻在過程無失效,在售后使用2年后出現(xiàn)大量硫化失效,經(jīng)過對電阻失效采用掃描電鏡、能譜分析等手段研究,確定電阻硫化現(xiàn)象、失效機理。分析研究結(jié)果:片狀電阻端電極和二次保護包覆層之間存在縫隙,空氣中的硫化物通過灌封硅膠吸附進入到片狀電阻內(nèi)電極,導(dǎo)致內(nèi)電極涂覆銀層的銀被硫化,生成電導(dǎo)率低的硫化銀,使電阻的阻值變大,甚至開路狀態(tài)。

  可見電阻硫化失效是一個長期逐步漸進失效過程,非過程質(zhì)量控制可以解決。只有提前預(yù)防,提高器件應(yīng)用環(huán)境與工作。經(jīng)大量的方案分析驗證確定A公司最終的執(zhí)行方案,信越三防膠+羅姆抗硫化電阻,有效解決電阻硫化失效,經(jīng)過實際應(yīng)用取得顯著效果。該方案在其他電子制造領(lǐng)域同樣值得借鑒。

  參考文獻:

  [1]Brian Mccabe.薄膜電阻器提供不滲透硫的解決方案[J].今日電子, 2009(11):29-30.

  [2]雷云燕.厚膜片狀電阻器開路失效分析[J].電子元件與材料, 2000,19 (3):38-38.

  本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第7期第47頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。


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