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[摘 要]通过实际案例分析了贴片式电阻器件因硫化腐蚀导致失效的失效机理和失效模式。采用SEM、电子能谱分析手段对腐蚀生成物的形貌及成份进行分析，阐述了硫化腐蚀现象产生的机理；结合贴片式电阻的结构和生产工艺分析了元器件的失效模式，并提出一些控制硫化腐蚀现象产生的有效应对措施。
[关键词]贴片式电阻 失效机理 实例分析
中图分类号：G123 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0320-02
引言
电子技术是极富生命力的技术领域，它的飞速发展对各个行业以及人们的生活都有着巨大的影响。尤其是近年来表面组装技术（Surface Mount Technology，SMT）的迅速发展与广泛应用，为电子产品进一步的微型化、轻量化和高性能提供了广阔的前景。其中贴片式电子元器件以其体积小、质量轻、节省原材料、组装密度高、容易实现标准化、性能优良、综合成本低等优点成为SMT工艺中使用最广泛的元器件。虽然贴片式电子元器件在SMT上应用的优点众多，但是实际应用中也出现了许多导致元器件失效等问题，如：结构脆、容易出现裂纹和破裂、烧结空洞多引起耐压降低和焊接不良等问题。特别是贴片式元器件的可焊性、耐焊接性、金属端子耐腐蚀性和锡晶须的生长等问题导致的元器件失效严重影响了产品组件的稳定性，同时也埋下了极大的安全隐患[1]。
贴片电子元器件失效一般分为随机性失效和批次性失效，随机性失效指的是工艺上的随机性缺陷引起失效，不构成批次性缺陷，它在使用过程中构成早期失效，通过元器件筛选可以剔除；批次性失效：主要机理有封装密封性差以及密封封装内部水汽含量高、电极粘接不良、环氧树脂涂层在高温或变温条件下引起拉脱拉断内连接、结构设计或工艺缺陷、机械磨损、可动离子沾污等引起的失效[2]。具有批次性缺陷的产品造成巨大损失，只能通过更换批次或生产厂家来解决。
贴片电阻端电极硫化腐蚀导致的失效是近来被人们倍加关注的问题，本文通过实际案例对此类失效机理进行研究和分析，为预防出现此类失效问题提出一些建议措施。
1、案例分析
1.1 背景分析
某型号产品保存环境保持温度25℃ 相对湿度40%，在例行检查过程中发现大于20%产品参數检验异常，经过专用仪器检验确定磁信号电路板上某二次集成模块参数异常，将二次集成模块拆解检验发现两个个贴片电阻失效，具体表现形式：型号为2010-N1R19的1号电阻器，电阻值应为18KΩ，失效后表现为开路；型号为2010-N39R21的2#电阻器电阻值应为91kΩ，失效后电阻值增大到MΩ级。
1.2 电性能检查
对失效的两个电阻器进行电测试，测试结果表明两个失效电阻器的阻值已经不稳定，在测试过程中均表现为10MΩ逐渐增加到无穷大。
1.3 外观检查
对两个失效件进行外观检查，发现1#失效电阻器电阻膜表面的玻璃釉保护层存在凹坑，且在电阻膜与端电极界面凹坑处发现疑似腐蚀生成物，（见图1 a、b）； 2#失效电阻器的玻璃釉保护层与端电极界面处观察到多处凸起变形；两只本失效件均无裂纹以及电应力烧蚀痕迹（见图1 c、d）。对失效电阻器外观检查后初步判断，引起该电阻器开路的原因是由于玻璃釉保护层与端电极界面处的电阻膜存在被腐蚀的情况，导致电阻器电阻膜与端电极接触不稳定，其阻值增大且呈不稳定状态。
1.4 微观形貌及成分分析
对两只电阻器进行扫描电子显微镜检查，发现1#失效电阻器的电阻膜与端电极交界处有团聚状腐蚀生成物（见图3），通过电子能谱对其成分进行分析，证实腐蚀生成物处含有一定量的元素硫（S）氯（CL）；对2#失效电阻器检测前，将表面凸起保护膜剖开，使凸起物内部暴漏出来以便对其成分进行分析（见图4）。分析结果表明2#失效电阻器表面处也含有大量的元素硫（S）和银（Ag）。
2、结果与讨论
通常贴片式电阻器中银浆料电极在烧结过程中与电阻体成为一体，再印刷玻璃保护膜进行保护。产生硫化腐蚀的原因是在回流焊过程中由于温度和焊接时间的原因可能导致银电极与玻璃保护膜脱离使银电极出现暴漏现象；或在印刷玻璃保护膜时没有与银电极形成良好接触或存在空洞或破裂纹等缺陷现象（见图4）。
由于玻璃保护膜的损坏或缺陷导致内置电路与外界连通，银电极暴漏在空气中，空气中存在O2、SO2、H2S等气体，银电极很容易发生氧化、硫化腐蚀现象，其化学式：4Ag+H2S+O2=2Ag2S+2H2O
而Ag2S由于表面应力原因凝结成颗粒状结晶物，致使银电极电阻增大甚至部分或全部断开导致电阻器失效[3]。
通过对两个失效电阻器检测结果分析，失效的原因均由硫化腐蚀引起，但两者腐蚀形态的原因存在一定差别。1#失效电阻器电阻膜与端电极交界处呈凹坑状，且腐蚀生成物在器件表面，可以初步判断引起腐蚀的因素是由外界引入（如图4）；2#失效电阻器与端电极交界处呈现凸起状，表明由于腐蚀生成的产物在内部聚集，导致表面形成凸起变形。说明2#失效件引起腐蚀的因素可能是在电阻器的生产过程中就已经引入。由于电阻膜与端电极交界处存在腐蚀，引起接触不稳定，导致两只电阻器阻值增大且呈不稳定状态。
3、应对措施
为了降低因元器件损坏造成批质量风险，首先应对电子元器件进行正确的选择和管控，在元器件选择时，除了测试元器件参数以外还要对元器件耐电化学迁移和耐硫化腐蚀性能进行试验，加强对端电极或面电极的耐焊接热的检测，从源头提高质量可靠性。其次，在电子元器件焊接过程中选择匹配性好的焊料，尽量选择适当比例的银钯相，可以改善焊料的耐侵蚀性和耐银离子迁移性。在焊装过程中注意轻拿轻放，避免电子元器件与硬物直接碰撞造成应力损伤[4]。最后对焊接完毕的产品加以良好的保护和储存防护措施，如焊接完毕的电路板进行三防处理、氮气氛围储存或密封储存[5]。总之，一方面从材料方面提高电子元器件的质量可靠性，另一方面从工艺设计、生产焊装、保护措施方面来降低电子产品出现硫化腐蚀之类的风险。
参考文献
[1] 梁瑞林.贴片式电子元器件[M].北京：科学出版社，2008：35-50.
[2] 黄云，恩云飞.电子元器件失效模式影响分析技术[J].电子元件与材料，2010，04（27）：129-132.
[3]庄立波，包生祥，汪蓉.多层陶瓷电容器面电极银浆料匹配问题的研究[J].电子工艺技术，2009，30（4）：214-217.
[4] 贺光辉，邹雅冰.贴片式电子元器件典型的失效模式及机理分析[J].电子工艺技术，2012，33（6）：341-379.
[5] 夏泓.电子元器件失效分析及应用[M].北京：国防工业出版社，1998： 49-108.
[6]于海燕.电子元器件的使用管理与控制[J].科技信息.2010（18）：55-58.
作者简介
郭新江（1984—），男，中船重工第七一〇研究所，助理工程师，主要从事装备生产技术及工艺研究。
[关键词]贴片式电阻 失效机理 实例分析
中图分类号：G123 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0320-02
引言
电子技术是极富生命力的技术领域，它的飞速发展对各个行业以及人们的生活都有着巨大的影响。尤其是近年来表面组装技术（Surface Mount Technology，SMT）的迅速发展与广泛应用，为电子产品进一步的微型化、轻量化和高性能提供了广阔的前景。其中贴片式电子元器件以其体积小、质量轻、节省原材料、组装密度高、容易实现标准化、性能优良、综合成本低等优点成为SMT工艺中使用最广泛的元器件。虽然贴片式电子元器件在SMT上应用的优点众多，但是实际应用中也出现了许多导致元器件失效等问题，如：结构脆、容易出现裂纹和破裂、烧结空洞多引起耐压降低和焊接不良等问题。特别是贴片式元器件的可焊性、耐焊接性、金属端子耐腐蚀性和锡晶须的生长等问题导致的元器件失效严重影响了产品组件的稳定性，同时也埋下了极大的安全隐患[1]。
贴片电子元器件失效一般分为随机性失效和批次性失效，随机性失效指的是工艺上的随机性缺陷引起失效，不构成批次性缺陷，它在使用过程中构成早期失效，通过元器件筛选可以剔除；批次性失效：主要机理有封装密封性差以及密封封装内部水汽含量高、电极粘接不良、环氧树脂涂层在高温或变温条件下引起拉脱拉断内连接、结构设计或工艺缺陷、机械磨损、可动离子沾污等引起的失效[2]。具有批次性缺陷的产品造成巨大损失，只能通过更换批次或生产厂家来解决。
贴片电阻端电极硫化腐蚀导致的失效是近来被人们倍加关注的问题，本文通过实际案例对此类失效机理进行研究和分析，为预防出现此类失效问题提出一些建议措施。
1、案例分析
1.1 背景分析
某型号产品保存环境保持温度25℃ 相对湿度40%，在例行检查过程中发现大于20%产品参數检验异常，经过专用仪器检验确定磁信号电路板上某二次集成模块参数异常，将二次集成模块拆解检验发现两个个贴片电阻失效，具体表现形式：型号为2010-N1R19的1号电阻器，电阻值应为18KΩ，失效后表现为开路；型号为2010-N39R21的2#电阻器电阻值应为91kΩ，失效后电阻值增大到MΩ级。
1.2 电性能检查
对失效的两个电阻器进行电测试，测试结果表明两个失效电阻器的阻值已经不稳定，在测试过程中均表现为10MΩ逐渐增加到无穷大。
1.3 外观检查
对两个失效件进行外观检查，发现1#失效电阻器电阻膜表面的玻璃釉保护层存在凹坑，且在电阻膜与端电极界面凹坑处发现疑似腐蚀生成物，（见图1 a、b）； 2#失效电阻器的玻璃釉保护层与端电极界面处观察到多处凸起变形；两只本失效件均无裂纹以及电应力烧蚀痕迹（见图1 c、d）。对失效电阻器外观检查后初步判断，引起该电阻器开路的原因是由于玻璃釉保护层与端电极界面处的电阻膜存在被腐蚀的情况，导致电阻器电阻膜与端电极接触不稳定，其阻值增大且呈不稳定状态。
1.4 微观形貌及成分分析
对两只电阻器进行扫描电子显微镜检查，发现1#失效电阻器的电阻膜与端电极交界处有团聚状腐蚀生成物（见图3），通过电子能谱对其成分进行分析，证实腐蚀生成物处含有一定量的元素硫（S）氯（CL）；对2#失效电阻器检测前，将表面凸起保护膜剖开，使凸起物内部暴漏出来以便对其成分进行分析（见图4）。分析结果表明2#失效电阻器表面处也含有大量的元素硫（S）和银（Ag）。
2、结果与讨论
通常贴片式电阻器中银浆料电极在烧结过程中与电阻体成为一体，再印刷玻璃保护膜进行保护。产生硫化腐蚀的原因是在回流焊过程中由于温度和焊接时间的原因可能导致银电极与玻璃保护膜脱离使银电极出现暴漏现象；或在印刷玻璃保护膜时没有与银电极形成良好接触或存在空洞或破裂纹等缺陷现象（见图4）。
由于玻璃保护膜的损坏或缺陷导致内置电路与外界连通，银电极暴漏在空气中，空气中存在O2、SO2、H2S等气体，银电极很容易发生氧化、硫化腐蚀现象，其化学式：4Ag+H2S+O2=2Ag2S+2H2O
而Ag2S由于表面应力原因凝结成颗粒状结晶物，致使银电极电阻增大甚至部分或全部断开导致电阻器失效[3]。
通过对两个失效电阻器检测结果分析，失效的原因均由硫化腐蚀引起，但两者腐蚀形态的原因存在一定差别。1#失效电阻器电阻膜与端电极交界处呈凹坑状，且腐蚀生成物在器件表面，可以初步判断引起腐蚀的因素是由外界引入（如图4）；2#失效电阻器与端电极交界处呈现凸起状，表明由于腐蚀生成的产物在内部聚集，导致表面形成凸起变形。说明2#失效件引起腐蚀的因素可能是在电阻器的生产过程中就已经引入。由于电阻膜与端电极交界处存在腐蚀，引起接触不稳定，导致两只电阻器阻值增大且呈不稳定状态。
3、应对措施
为了降低因元器件损坏造成批质量风险，首先应对电子元器件进行正确的选择和管控，在元器件选择时，除了测试元器件参数以外还要对元器件耐电化学迁移和耐硫化腐蚀性能进行试验，加强对端电极或面电极的耐焊接热的检测，从源头提高质量可靠性。其次，在电子元器件焊接过程中选择匹配性好的焊料，尽量选择适当比例的银钯相，可以改善焊料的耐侵蚀性和耐银离子迁移性。在焊装过程中注意轻拿轻放，避免电子元器件与硬物直接碰撞造成应力损伤[4]。最后对焊接完毕的产品加以良好的保护和储存防护措施，如焊接完毕的电路板进行三防处理、氮气氛围储存或密封储存[5]。总之，一方面从材料方面提高电子元器件的质量可靠性，另一方面从工艺设计、生产焊装、保护措施方面来降低电子产品出现硫化腐蚀之类的风险。
参考文献
[1] 梁瑞林.贴片式电子元器件[M].北京：科学出版社，2008：35-50.
[2] 黄云，恩云飞.电子元器件失效模式影响分析技术[J].电子元件与材料，2010，04（27）：129-132.
[3]庄立波，包生祥，汪蓉.多层陶瓷电容器面电极银浆料匹配问题的研究[J].电子工艺技术，2009，30（4）：214-217.
[4] 贺光辉，邹雅冰.贴片式电子元器件典型的失效模式及机理分析[J].电子工艺技术，2012，33（6）：341-379.
[5] 夏泓.电子元器件失效分析及应用[M].北京：国防工业出版社，1998： 49-108.
[6]于海燕.电子元器件的使用管理与控制[J].科技信息.2010（18）：55-58.
作者简介
郭新江（1984—），男，中船重工第七一〇研究所，助理工程师，主要从事装备生产技术及工艺研究。