引言

電子元器件的主要失效模式包括但不限于開(kāi)路、短路、燒毀、爆炸、漏電、功能失效、電參數(shù)漂移、非穩(wěn)定失效等。對(duì)于硬件工程師來(lái)講電子元器件失效是個(gè)非常麻煩的事情，比如某個(gè)半導(dǎo)體器件外表完好但實(shí)際上已經(jīng)半失效或者全失效會(huì)在硬件電路調(diào)試上花費(fèi)大把的時(shí)間，有時(shí)甚至炸機(jī)。

所以掌握各類電子元器件的實(shí)效機(jī)理與特性是硬件工程師比不可少的知識(shí)。下面分類細(xì)敘一下各類電子元器件的失效模式與機(jī)理。

電阻器失效模式與機(jī)理

失效模式：各種失效的現(xiàn)象及其表現(xiàn)的形式。

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

電阻器的主要失效模式與失效機(jī)理

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

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

3) 引線斷裂：電阻體焊接工藝缺陷，焊點(diǎn)污染，引線機(jī)械應(yīng)力損傷。

4) 短路：銀的遷移，電暈放電。

電阻器的主要失效模式與失效機(jī)理 線繞電阻 失效模式占失效總比例

開(kāi)路

90%

阻值漂移

2%

引線斷裂

7%

其他

1%

非線繞電阻 失效模式占失效總比例

開(kāi)路

49%

阻值漂移

22%

引線斷裂

17%

其他

7%

失效機(jī)理分析

電阻器失效機(jī)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。

導(dǎo)電材料的結(jié)構(gòu)變化

薄膜電阻器的導(dǎo)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(jié)構(gòu)。按熱力學(xué)觀點(diǎn)，無(wú)定型結(jié)構(gòu)均有結(jié)晶化趨勢(shì)。在工作條件或環(huán)境條件下，導(dǎo)電膜層中的無(wú)定型結(jié)構(gòu)均以一定的速度趨向結(jié)晶化，也即導(dǎo)電材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于致密化，能常會(huì)引起電阻值的下降。結(jié)晶化速度隨溫度升高而加快。

電阻線或電阻膜在制備過(guò)程中都會(huì)承受機(jī)械應(yīng)力，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，線徑愈小或膜層愈薄，應(yīng)力影響愈顯著。一般可采用熱處理方法消除內(nèi)應(yīng)力，殘余內(nèi)應(yīng)力則可能在長(zhǎng)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(jié)晶化過(guò)程和內(nèi)應(yīng)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(rèn)為在電阻器工作期內(nèi)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(fù)荷高溫老化：任何情況，電負(fù)荷均會(huì)加速電阻器老化進(jìn)程，并且電負(fù)荷對(duì)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，原因是電阻體與引線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(fù)荷使電阻器溫升超過(guò)額定負(fù)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(yàn)，即可考核電阻器在10年期間的工作穩(wěn)定性。

直流負(fù)荷—電解作用：直流負(fù)荷作用下，電解作用導(dǎo)致電阻器老化。電解發(fā)生在刻槽電阻器槽內(nèi)，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(duì)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(cè)可能出現(xiàn)薄膜破壞現(xiàn)象。在潮熱環(huán)境下進(jìn)行直流負(fù)荷試驗(yàn)，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(hù)層的防潮性能。

硫化

有一批現(xiàn)場(chǎng)儀表在某化工廠使用一年后，儀表紛紛出現(xiàn)故障。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)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察，可以發(fā)現(xiàn)電阻電極邊緣出現(xiàn)了黑色結(jié)晶物質(zhì)，進(jìn)一步分析成分發(fā)現(xiàn)，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。

氣體吸附與解吸

膜式電阻器的電阻膜在晶粒邊界上，或?qū)щ婎w粒和黏結(jié)劑部分，總可能吸附非常少量的氣體，它們構(gòu)成了晶粒之間的中間層，阻礙了導(dǎo)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(dǎo)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(yù)置在常壓下適當(dāng)時(shí)間，則會(huì)提高電阻器成品的阻值穩(wěn)定性。