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電阻的失效模式分析與機理
2022-06-20 392次

電阻器失效模式與機理

  失效模式:各種失效的現象及其表現的形式。

  失效機理:是導致失效的物理、化學(xué)、熱力學(xué)或其他過(guò)程。

  1,電阻器的失效模式與機理

?開(kāi)路:主要失效機理為電阻膜燒毀或大面積脫落,基體斷裂,引線(xiàn)帽與電阻體脫落。

?阻值漂移超規范:電阻膜有缺陷或退化,基體有可動(dòng)鈉離子,保護涂層不良。

?引線(xiàn)斷裂:電阻體焊接工藝缺陷,焊點(diǎn)污染,引線(xiàn)機械應力損傷。

?短路:銀的遷移,電暈放電。

  2,失效模式占失效總比例表

  ?線(xiàn)繞電阻:

  

電阻

  ?非線(xiàn)繞電阻:

  

電阻

  3,失效模式機理分析

  電阻器失效機理是多方面的,工作條件或環(huán)境條件下所發(fā)生的各種理化過(guò)程是引起電阻器老化的原因。

  

電阻 

  ?導電材料的結構變化:

  薄膜電阻器的導電膜層一般用汽相淀積方法獲得,在一定程度上存在無(wú)定型結構。按熱力學(xué)觀(guān)點(diǎn),無(wú)定型結構均有結晶化趨勢。在工作條件或環(huán)境條件下,導電膜層中的無(wú)定型結構均以一定的速度趨向結晶化,也即導電材料內部結構趨于致密化,能常會(huì )引起電阻值的下降。結晶化速度隨溫度升高而加快。

  電阻線(xiàn)或電阻膜在制備過(guò)程中都會(huì )承受機械應力,使其內部結構發(fā)生畸變,線(xiàn)徑愈小或膜層愈薄,應力影響愈顯著(zhù)。一般可采用熱處理方法消除內應力,殘余內應力則可能在長(cháng)時(shí)間使用過(guò)程中逐步消除,電阻器的阻值則可能因此發(fā)生變化。

  結晶化過(guò)程和內應力清除過(guò)程均隨時(shí)間推移而減緩,但不可能在電阻器使用期間終止??梢哉J為在電阻器工作期內這兩個(gè)過(guò)程以近似恒定的速度進(jìn)行。與它們有關(guān)的阻值變化約占原阻值的千分之幾。

  電負荷高溫老化:任何情況,電負荷均會(huì )加速電阻器老化進(jìn)程,并且電負荷對加速電阻器老化的作用比升高溫度的加速老化后果更顯著(zhù),原因是電阻體與引線(xiàn)帽接觸部分的溫升超過(guò)了電阻體的平均溫升。通常溫度每升高10℃,壽命縮短一半。如果過(guò)負荷使電阻器溫升超過(guò)額定負荷時(shí)溫升50℃,則電阻器的壽命僅為正常情況下壽命的1/32??赏ㄟ^(guò)不到四個(gè)月的加速壽命試驗,即可考核電阻器在10年期間的工作穩定性。

  直流負荷—電解作用:直流負荷作用下,電解作用導致電阻器老化。電解發(fā)生在刻槽電阻器槽內,電阻基體所含的堿金屬離子在槽間電場(chǎng)中位移,產(chǎn)生離子電流。濕氣存在時(shí),電解過(guò)程更為劇烈。如果電阻膜是碳膜或金屬膜,則主要是電解氧化;如果電阻膜是金屬氧化膜,則主要是電解還原。對于高阻薄膜電阻器,電解作用的后果可使阻值增大,沿槽螺旋的一側可能出現薄膜破壞現象。在潮熱環(huán)境下進(jìn)行直流負荷試驗,可全面考核電阻器基體材料與膜層的抗氧化或抗還原性能,以及保護層的防潮性能。

  

電阻 

  樣品的典型外貌

  

電阻 

  面電極有斷裂空澗

  

電阻 

  面電解銀層不連續帶狀空隙

  ?硫化:

  有一批現場(chǎng)儀表在某化工廠(chǎng)使用一年后,儀表紛紛出現故障。經(jīng)分析發(fā)現儀表中使用的厚膜貼片電阻阻值變大了,甚至變成開(kāi)路了。把失效的電阻放到顯微鏡下觀(guān)察,可以發(fā)現電阻電極邊緣出現了黑色結晶物質(zhì),進(jìn)一步分析成分發(fā)現,黑色物質(zhì)是硫化銀晶體。原來(lái)電阻被來(lái)自空氣中的硫給腐蝕了。

  

電阻 

  ?氣體吸附與解吸:

  膜式電阻器的電阻膜在晶粒邊界上,或導電顆粒和黏結劑部分,總可能吸附非常少量的氣體,它們構成了晶粒之間的中間層,阻礙了導電顆粒之間的接觸,從而明顯影響阻值。

  合成膜電阻器是在常壓下制成,在真空或低氣壓工作時(shí),將解吸部分附氣體,改善了導電顆粒之間的接觸,使阻值下降。同樣,在真空中制成的熱分解碳膜電阻器直接在正常環(huán)境條件下工作時(shí),將因氣壓升高而吸附部分氣體,使阻值增大。如果將未刻的半成品預置在常壓下適當時(shí)間,則會(huì )提高電阻器成品的阻值穩定性。

  溫度和氣壓是影響氣體吸附與解吸的主要環(huán)境因素。對于物理吸附,降溫可增加平衡吸附量,升溫則反之。由于氣體吸附與解吸發(fā)生在電阻體的表面。所以對膜式電阻器的影響較為顯著(zhù)。阻值變化可達1%~2%。

  ?氧化:

  氧化是長(cháng)期起作用的因素(與吸附不同),氧化過(guò)程是由電阻體表面開(kāi)始,逐步向內部深入。除了貴金屬與合金薄膜電阻外,其他材料的電阻體均會(huì )受到空氣中氧的影響。氧化的結果是阻值增大。電阻膜層愈薄,氧化影響就更明顯。

  防止氧化的根本措施是密封(金屬、陶瓷、玻璃等無(wú)機材料)。采用有機材料(塑料、樹(shù)脂等)涂覆或灌封,不能完全防止保護層透濕或透氣,雖能起到延緩氧化或吸附氣體的作用,但也會(huì )帶來(lái)與有機保護層有關(guān)的些新的老化因素。

  ?有機保護層的影響:

  有機保護層形成過(guò)程中,放出縮聚作用的揮發(fā)物或溶劑蒸氣。熱處理過(guò)程使部分揮發(fā)物擴散到電阻體中,引起阻值上升。此過(guò)程雖可持續1~2年,但顯著(zhù)影響阻值的時(shí)間約為2~8個(gè)月,為了保證成品的阻值穩定性,把產(chǎn)品在庫房中擱置一段時(shí)間再出廠(chǎng)是比較適宜的。

  ?機械損傷:

  電阻的可靠很大程度上取決于電阻器的機械性能。電阻體、引線(xiàn)帽和引出線(xiàn)等均應具有足夠的機械強度,基體缺陷、引線(xiàn)帽損壞或引線(xiàn)斷裂均可導致電阻器失效。

 

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