Режимы отказа: различные явления отказа и их проявления.
Механизм отказа: физический, химический, термодинамический или другой процесс, который приводит к отказу.
1. Основные виды отказов и механизмы отказа резисторов:
1) Обрыв цепи: основной механизм отказа заключается в том, что резистивная пленка сгорает или отваливается на большой площади, подложка ломается, а свинцовый колпачок и корпус резистора отваливаются.
2) Дрейф сопротивления превышает спецификации: пленка сопротивления повреждена или повреждена, матрица имеет подвижные ионы натрия, плохое защитное покрытие.
3) Обрыв выводов: дефекты в процессе сварки корпуса резистора, загрязнение паяных соединений, механические повреждения выводов.
4) Короткое замыкание: миграция серебра, коронный разряд.
2. Таблица отношения видов отказов к общему количеству отказов
3. Анализ механизма отказа
Механизм отказа резисторов много-гранен. Различные физико-химические процессы, происходящие в рабочих условиях или условиях окружающей среды, являются причинами старения резисторов.
(1) Структурные изменения проводящих материалов
Токопроводящий пленочный слой тонкопленочных резисторов обычно получают осаждением из паровой фазы и в определенной степени имеют аморфную структуру. С термодинамической точки зрения аморфные структуры склонны к кристаллизации. В рабочих условиях или условиях окружающей среды аморфная структура в слое проводящей пленки имеет тенденцию к кристаллизации с определенной скоростью, то есть внутренняя структура проводящего материала имеет тенденцию к уплотнению, что часто может вызывать снижение значения сопротивления. Скорость кристаллизации увеличивается с повышением температуры.
Резистивная проволока или резистивная пленка будут подвергаться механическому воздействию в процессе подготовки, что искажает их внутреннюю структуру. Чем меньше диаметр проволоки или чем тоньше слой пленки, тем значительнее будет напряжение. Как правило, внутреннее напряжение может быть устранено путем термической обработки, а остаточное внутреннее напряжение может быть постепенно устранено в процессе длительного-использования, и значение сопротивления резистора может измениться соответствующим образом.
Как процесс кристаллизации, так и процесс снятия внутренних напряжений со временем замедляются, но вряд ли прекратятся в течение срока службы резистора. Можно считать, что эти два процесса протекают примерно с постоянной скоростью во время работы резистора. Связанные с ними изменения сопротивления составляют около тысячной части исходного сопротивления.
Высокотемпературное-старение электрической нагрузки. В любом случае электрическая нагрузка ускорит процесс старения резистора, а влияние электрической нагрузки на ускорение старения резистора более существенно, чем влияние повышения температуры. Причина в том, что температура контактной части корпуса резистора и свинцового колпачка превышает среднее значение повышения температуры корпуса резистора. Обычно срок службы сокращается вдвое на каждые 10 градусов повышения температуры. Если из-за перегрузки температура резистора превышает номинальную нагрузку на 50 градусов, срок службы резистора составляет только 1/32 срока службы при нормальных условиях. Рабочую стабильность резисторов в течение 10 лет можно оценить с помощью ускоренного испытания на срок службы менее четырех месяцев.
Нагрузка постоянного тока -электролиз: под действием нагрузки постоянного тока электролиз вызывает старение резистора. В рифленой ячейке резистора происходит электролиз, и ионы щелочного металла, содержащиеся в матрице сопротивления, перемещаются в электрическом поле между ячейками, создавая ионный ток. Процесс электролиза протекает более жестко в присутствии влаги. Если резистивная пленка представляет собой углеродную пленку или металлическую пленку, это в основном электролитическое окисление; если резистивная пленка представляет собой пленку оксида металла, это в основном электролитическое восстановление. Для высокоомных-тонкопленочных-резисторов результат электролиза может увеличить значение сопротивления, и вдоль одной стороны спирали канавки может произойти повреждение пленки. Испытание под нагрузкой постоянным током в условиях горячей вспышки позволяет всесторонне оценить анти-окислительные или анти-восстановительные характеристики основного материала резистора и пленочного слоя, а также влагозащитные характеристики- защитного слоя.
(2), вулканизация
После того как партия полевых приборов использовалась на химическом заводе в течение года, приборы один за другим выходили из строя. После анализа обнаружено, что значение сопротивления толстопленочного чип-резистора, используемого в приборе, стало больше и даже становится разомкнутой цепью. При осмотре вышедшего из строя резистора под микроскопом было обнаружено, что на краю электрода резистора появилось черное кристаллическое вещество. Дальнейший анализ состава показал, что черное вещество представляет собой кристаллы сульфида серебра. Оказалось, что резистор разъеден серой из воздуха.
(3) Адсорбция и десорбция газа
Пленка сопротивления пленочного резистора всегда может поглощать очень небольшое количество газа на границе зерен или проводящих частиц и связующей части, которые составляют промежуточный слой между зернами и препятствуют контакту между проводящими частицами. существенно влияет на значение сопротивления.
Синтетические пленочные резисторы изготавливаются под нормальным давлением. При работе в вакууме или низком давлении часть газа будет десорбироваться, что улучшает контакт между токопроводящими частицами и снижает величину сопротивления. Точно так же, когда термически разложенный углеродный пленочный резистор, изготовленный в вакууме, работает непосредственно в нормальных условиях окружающей среды, часть газа будет адсорбироваться из-за увеличения давления воздуха, что увеличит значение сопротивления. Если полуфабрикат без гравировки выдержать при нормальном давлении в течение соответствующего времени, стабильность сопротивления готового резистивного изделия будет улучшена.
Температура и давление воздуха являются основными факторами окружающей среды, влияющими на адсорбцию и десорбцию газа. Для физической адсорбции охлаждение может увеличить равновесную адсорбционную способность, а нагревание может увеличить степень адсорбции. Потому что адсорбция и десорбция газа происходят на поверхности корпуса резистора. Поэтому влияние на пленочные резисторы более существенное. Изменение сопротивления может достигать 1-2 процентов.
(4), окисление
Окисление является долговременным фактором (в отличие от адсорбции), и процесс окисления начинается с поверхности корпуса резистора и постепенно уходит глубоко внутрь. За исключением пленочных резисторов из драгоценных металлов и сплавов, резисторы из других материалов подвержены влиянию кислорода в воздухе. Результатом окисления является увеличение сопротивления. Чем тоньше слой резистивной пленки, тем заметнее эффект окисления.
Основной мерой предотвращения окисления является герметизация (неорганические материалы, такие как металлы, керамика, стекло и т. д.). Использование органических материалов (пластиков, смол и т. д.) для покрытия или герметизации не может полностью предотвратить влагопроницаемость или воздухопроницаемость защитного слоя-. Хотя он может задерживать окисление или адсорбировать газы, он также принесет некоторые инновации, связанные с органическим защитным слоем. фактор старения.
(5), влияние органического защитного слоя
При формировании органического защитного слоя выделяются летучие вещества или пары растворителей поликонденсации. В процессе термической обработки часть летучих веществ диффундирует в корпус резистора, что приводит к увеличению значения сопротивления. Хотя этот процесс может длиться от 1 до 2 лет, время, необходимое для значительного влияния на значение сопротивления, составляет от 2 до 8 месяцев. Чтобы обеспечить стабильность значения сопротивления готового продукта, более целесообразно оставить продукт на складе в течение определенного периода времени, прежде чем покинуть завод.
(6), механическое повреждение
Надежность резистора во многом зависит от механических свойств резистора. Корпус резистора, выводной колпачок и выводной провод должны иметь достаточную механическую прочность. Дефекты в корпусе основания, повреждение колпачка или обрыв провода могут привести к выходу из строя резистора.