碳膜电阻开路失效分析案例分享

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1. 案例背景

    碳膜电阻使用过程中发生开路现象。
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2. 分析方法简述

      通外观检查、CT扫描未发现电阻器存在基体断裂、引线帽与电阻体有脱落等导致其开路的现象。

     剥漆后检查，发现NG样品碳膜有明显的异常段，导致电阻开路的直接原因应为此段损伤引起。OK样品未发现有碳膜异常区域，同时测试其电阻值，发现与剥漆之前并无变化（说明去除表面的封装层未对内部结构产生任何破坏）。而由SEM/EDS测试结果可以看出，NG样品的异常区域在电子显微镜下与正常区域低倍无明显差异，高倍下观察可看到异常区域存在陷坑。EDS测试发现异常区域C含量明显比正常区域低，O含量又比正常区域高，且异常区域有K离子存在。

图1.样品CT扫描照片
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    由切片结果可知，电阻体与引线帽接触良好，损伤无纵向延伸或其它夹杂；碳膜宽度与隔断宽度无明显异常，可判定不应是产品切割工艺不当造成其损伤开路。耐压和雷击试验后，样品解剖并无严重损伤，可判定在正常使用中，其承受的最大电压或雷击高压应不会造成其击穿烧毁。

图2.样品剥漆后外观照片（8X，25X）

图3.样品损伤区域SEM照片（27X，100X，2000X，5000X）

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图4.样品切片照片（50X）-金属帽与电阻体结合良好
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3. 分析与讨论

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      电阻器的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失效的原因。导致其失效的机理如下：
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1)  氧化

氧化是长期起作用的因素，氧化过程由电阻体表面开始，逐步向内部深入，氧化的结果是阻值增大，电阻膜层越薄氧化作用越显著。采用有机材料（塑料、树脂等）涂覆或灌封，不能完全防止保护层透湿或透气，随能起到延缓氧化或吸附气体的作用，但也会带来与有机保护层有关的一些新的老化因素。环境条件也会影响氧化的激烈程度，高温高湿会加速老化。碳膜电阻器在湿气存在时，碳膜薄弱部分也会产生氧化，导致薄膜破坏，电阻值增大甚至开路。

2)  引线断裂

引线断裂的主要失效机理是引线帽与电阻体焊接工艺缺陷，焊点污染。引线机械应力损伤。

3)  电阻膜或基体污染

电阻膜有缺陷或退化，或存在可动Na、K、Cl等离子，保护涂层不良。

4）电应力

电阻膜受到外部高压作用，导致电阻膜被过电击穿。

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4. 结论

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     导致电阻开路的原因应为氧化腐蚀引起，异常变色区域的C含量较低，O含量较大，同时含有少量K离子及坑陷现象，说明该变色异常区域发生了局部薄弱区域的氧化腐蚀，导致碳膜损伤而开路。氧化腐蚀失效属于缓慢失效，只有在多种综合因素的作用下才会发生的偶发性的小概率失效问题，这也与客户端失效概率相一致（约十五万分之一）。有机材料保护层无法完全防止透湿，高温高湿是电阻器氧化失效的一个重要诱因，可采取在电阻器外加保护套的方式延缓其透湿的进程。

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氧化腐蚀