片式電阻結構分析技術研究?

（航天科工防御技術研究試驗中心 北京 100854）

1 引言

電阻器一般可分為固定電阻器和可變電阻器（電位器），用于電流或電壓的分配。固定電阻器中的片式電阻，具有體積小、穩(wěn)定性好、阻值范圍寬、可靠性較高等特點[1～3]，因而得到廣泛使用。由于片式電阻結構和功能相對簡單，在航天產品上的國產化率較高，但是在高精度和低溫度系數電阻的量產和可靠性方面，與國外相比還存在一定的差距。

為了適應航天和軍用產品高精度、高可靠性要求，針對新研制的、設計工藝改進和國產化替代片式電阻在使用前應進行驗證分析[4～8]，從設計、結構、材料和工藝等方面進行分析評價，剔除不適用于軍用環(huán)境的結構或設計，提高片式電阻的可靠性。

2 方案制定

2.1 結構單元分解

圖1 片式電阻結構單元分解圖

以某國產軍用片式電阻為例，按照物理單元對其結構進行分解，可分為保護膜、電阻膜、基板以及端電極等四個部分，端電極又可分解為內電極、阻擋層和外電極等部分，如圖1所示。

2.2 結構要素識別

片式電阻失效一般都會在物理結構上有所體現，根據片式電阻常見的失效模式和失效機理，判斷其相對應的結構單元可能出現的缺陷和失效，如基體開裂、端電極腐蝕、電阻膜缺損等[9～13]，再進行結構要素識別，制定相應的試驗方法，逐一驗證電阻結構的合理性和可靠性。針對軍用片式電阻進行結構要素識別結果和對應的分析試驗如表1所示。

表1 片式電阻結構要素組成及試驗方法

3 試驗及結果

對不同結構單元相同試驗的項目進行合并，按照由外及內，先非破壞性后破壞性的原則，對劃分的結構單元和每個結構單元所包含的結構要素進行試驗分析。

3.1 保護膜

片式電阻保護膜層表面完整，無劃傷、缺損等缺陷，未粘附外來物。表面標識清晰，用無水乙醇擦拭表面，標識牢固度良好，未見明顯變化。保護膜和電阻膜厚總和平均值為42.297μm，符合廠家規(guī)定的35μm～60μm要求，如圖2所示。

圖2 片式電阻保護膜形貌

3.2 電阻膜

電阻膜層完整均勻，無明顯裂紋、空洞等缺陷，電阻膜厚度平均值為10.269μm，符合廠家規(guī)定的7μm～13μm要求。電阻膜層下方采用AgPd電極作為引出，覆蓋有機材料作為保護層，AgPd電極層與端電極搭接量充裕，電阻引出狀態(tài)良好，如圖3所示。

圖3 片式電阻電阻膜形貌

3.3 基板

片式電阻基板為Al2O3，基板平整完整，無裂紋、空洞和崩損等缺陷，如圖4所示。

圖4 片式電阻基板形貌

3.4 端電極

片式電阻的端電極為AgPd-Ni-SnPb三層電極，表電極為AgPd，平均厚度為8.379μm，符合廠家規(guī)定的6μm～13μm要求；中間電極為Ni，其中背電極Ni層平均厚度為6.820μm，符合廠家規(guī)定的2μm～7μm 要求；外部電極為 SnPb，平均厚度為5.098μm，符合廠家規(guī)定的4μm～15μm要求，且鉛含量最低為5.12%，滿足廠家規(guī)定的 ≥3%的要求。但中間電極即阻擋層與內電極之間存在縫隙，且阻擋層未延伸至保護膜上，如圖5～6所示。

圖5 片式電阻端電極形貌

圖6 片式電阻端電極能譜分析結果

4 結語

基于分析試驗結果對片式電阻的設計、工藝和材料等方面進行判別與評價，主要包含以相關設計標準和規(guī)范為依據，結合使用要求，評價結構設計的合理性；對生產水平和工藝的合理性以及是否存在潛在隱患等進行評價；調查以往失效案例，結合實際分析結果，分析潛在失效隱患；查看是否存在航天禁限用工藝和禁限用材料。

通過結構分析得出，該片式電阻為典型的片式電阻器結構，采用厚膜工藝制造，保護膜層表面完好，基板平整、電阻膜均勻且無明顯缺陷。端電極為AgPd-Ni-SnPb三層電極，表電極為AgPd，中間電極為Ni，外部電極為SnPb，均滿足廠家規(guī)定要求。但中間電極即阻擋層未延伸至保護膜上，且與內電極之間存在縫隙，在使用過程中外界腐蝕性元素容易通過縫隙侵入內電極發(fā)生腐蝕，從而引起阻值異常甚至開路失效。建議生產廠家改進工藝，保證電極與保護膜以及電極之間的結合性，提高片式電阻的可靠性。