薄膜电阻是一种应用领域比较广泛的通用电子元器件,其制造的过程一般是在陶瓷等基体材料上涂抹一层厚度均匀的导电膜层,然后在基体的两端上带有引线的帽盖,通过对导电膜层进行激光刻阻,使电阻达到所需要的电阻值。
一、失效机理分析
电阻器失效机理是多方面的,工作条件或环境条件下所发生的各种理化过程是引起电阻器老化的原因。
1、导电材料的结构变化
薄膜电阻的导电膜层一般用气相淀积方法获得,在一定程度上存在无定型结构。按热力学的观点,无定型结构均具有结晶化的趋势。在电阻工作的环境下,导电膜层中的无定型结构均会以一定的速度趋向结晶生长,也叫导电材料内部结构趋于致密化,这常常会引起电阻的下降。并且当温度升高时结晶化速度也会增加。
电阻线或电阻膜在制备过程中都会承受机械应力,使其内部结构发生变形,线径愈小或膜层愈薄,应力影响愈显著。一般可采用退火等热处理方法消除残余的内应力,残余内的应力可能会在长时间使用过程中逐步消除,电阻器的阻值则可能因此发生变化。
结晶化过程和内应力清除过程均随时间推移而减缓,但不可能在电阻器使用期间终止。可以认为在电阻器工作期内这两个过程以非常缓慢的速度进行。与它们有关的阻值变化约占原阻值的千分之几。
电负荷高温老化:任何情况,电负荷均会加速电阻器老化进程,并且电负荷对加速电阻器老化的作用比升高温度的加速老化后果更显著,原因是电阻体与引线帽的接触部分的温升超过了电阻体的平均温升。通常温度每升高10℃,寿命缩短一半。如果过负荷使电阻器温升超过额定负荷时温升50℃,则电阻器的寿命仅为正常情况下寿命的1/32。可通过不到四个月的加速寿命试验,即可考核电阻器在10年期间的工作稳定性。
直流电电解的作用:在直流负荷作用下,电解作用会导致电阻器老化。电解发生在刻槽电阻器槽内,当存在湿气时,会发生激烈的电解。如果电阻膜是碳膜或金属膜,则主要是电解氧化;如果电阻膜是金属氧化膜,则主要是电解还原。对于高阻薄膜电阻器,电解作用的后果可使阻值增大,沿槽螺旋的一侧可能出现薄膜破坏现象。在潮热环境下进行直流负荷试验,可全面考核电阻器基体材料与膜层的抗氧化或抗还原性能,以及保护层的防潮性能。
2、气体吸附与解吸
膜式电阻器的电阻膜在晶粒边界上,或导电颗粒和黏结剂部分,非常有可能吸附少量的气体,它们构成了晶粒之间的中间层,阻碍了导电颗粒之间的接触,从而明显影响阻值,可以选用气密性良好的电阻。
合成膜电阻器是在常压下制成,在真空或低气压工作时,合成膜将解吸部分气体,这会改善到导电颗粒之间的接错,从而使阻值下降。同样,在真空中制成的热分解碳膜电阻器直接在正常环境条件下工作时,将因气压升高而吸附部分气体,使阻值增大。如果将未刻的半成品预置在常压下适当时间,则会提高电阻器成品的阻值稳定性。
温度和气压是影响气体吸附与解吸的主要环境因素。对于物理吸附,降温可增加平衡吸附量,升温则反之。由于气体吸附与解吸发生在电阻体的表面。所以对膜式电阻器的影响较为显著。阻值变化可达1%-2%。
其实关于薄膜电阻的失效还有很多的因素,需要了解更多的可以看看:《薄膜电阻常见的失效模式(二)》