Modo de falha: vários fenômenos de falha e suas manifestações.
Mecanismo de falha: É o processo físico, químico, termodinâmico ou outro que leva à falha.
1. Os principais modos de falha e mecanismos de falha de resistores são
1) Circuito aberto: O principal mecanismo de falha é que o filme resistivo se queimou ou caiu em uma grande área, o substrato se quebrou e a tampa de chumbo e o corpo do resistor caíram.
2) O desvio da resistência está além das especificações: o filme resistivo está com defeito ou degradado, o substrato tem íons de sódio móveis e o revestimento protetor não é bom.
3) Quebra do fio de chumbo: defeitos do processo de soldagem do corpo do resistor, poluição da junta de solda, danos por estresse mecânico do fio de chumbo.
4) Curto-circuito: migração de prata, descarga corona.
2. Tabela da proporção de modos de falha no total de falhas
3. Análise do mecanismo de falha
O mecanismo de falha dos resistores é multifacetado, e vários processos físicos e químicos que ocorrem em condições de trabalho ou ambientais são as causas do envelhecimento do resistor.
(1) Mudanças estruturais de materiais condutores
A camada de película condutora do resistor de película fina é geralmente obtida por deposição de vapor, e há uma estrutura amorfa até certo ponto. Do ponto de vista termodinâmico, as estruturas amorfas têm tendência a cristalizar. Em condições de trabalho ou ambientais, a estrutura amorfa na camada de película condutora tende a cristalizar a uma determinada velocidade, ou seja, a estrutura interna do material condutor tende a ser densa, o que muitas vezes pode causar uma diminuição no valor da resistência. A taxa de cristalização aumenta com o aumento da temperatura.
O fio de resistência ou o filme de resistência serão submetidos a esforços mecânicos durante o processo de preparação, e sua estrutura interna ficará distorcida. Quanto menor o diâmetro do fio ou mais fino o filme, mais significativo é o efeito de tensão. Geralmente, o tratamento térmico pode ser usado para eliminar o estresse interno. O estresse interno residual pode ser eliminado gradualmente durante o uso de longo prazo e a resistência do resistor pode mudar de acordo.
Tanto o processo de cristalização quanto o processo de remoção de tensão interna ficam mais lentos com o passar do tempo, mas é impossível terminar durante o uso do resistor. Pode-se considerar que esses dois processos ocorrem a uma velocidade aproximadamente constante durante o período de trabalho do resistor. A mudança de resistência associada a eles é responsável por cerca de alguns milésimos do valor da resistência original.
Envelhecimento da carga elétrica em alta temperatura: Em qualquer caso, a carga elétrica irá acelerar o processo de envelhecimento dos resistores, e o efeito da carga elétrica na aceleração do envelhecimento dos resistores é mais significativo do que o aumento da temperatura. O motivo é a temperatura da parte de contato do corpo do resistor e da tampa do chumbo. O aumento excede o aumento médio da temperatura do resistor. Geralmente, a vida útil é reduzida pela metade para cada aumento de 10 ℃ na temperatura. Se a sobrecarga fizer com que o aumento da temperatura do resistor exceda a carga nominal em 50 ° C, a vida útil do resistor é de apenas 1/32 da vida em condições normais. Ele pode passar no teste de vida acelerada de menos de quatro meses para avaliar a estabilidade de funcionamento do resistor durante 10 anos.
Eletrólise de carga DC: sob carga DC, a eletrólise faz com que o resistor envelheça. A eletrólise ocorre na ranhura do resistor ranhurado e os íons de metal alcalino contidos na matriz do resistor são deslocados no campo elétrico entre as ranhuras para gerar corrente de íons. Quando a umidade está presente, o processo de eletrólise se torna mais severo. Se o filme resistivo é um filme de carbono ou um filme de metal, é principalmente oxidação eletrolítica; se o filme resistivo for um filme de óxido de metal, trata-se principalmente de redução eletrolítica. Para resistores de filme fino de alta resistência, o efeito da eletrólise pode aumentar a resistência e danos ao filme podem ocorrer ao longo do lado da espiral da ranhura. A realização de um teste de carga DC em um ambiente de flash quente pode avaliar de forma abrangente a resistência à oxidação ou redução do material e filme da base do resistor, bem como a resistência à umidade da camada protetora.
(2), vulcanização
Depois que um lote de instrumentos de campo foi usado em uma fábrica de produtos químicos por um ano, os instrumentos falharam um após o outro. Após análise, verifica-se que o valor da resistência do resistor de chip de filme espesso usado no medidor tornou-se maior, e até mesmo se torna um circuito aberto. Quando o resistor com falha é observado em um microscópio, pode-se descobrir que um material cristalino preto aparece na borda do eletrodo do resistor. Uma análise mais aprofundada da composição revela que o material preto são cristais de sulfeto de prata. Descobriu-se que a resistência foi corroída pelo enxofre do ar.
(3) Adsorção e dessorção de gás
O filme resistivo de resistores de filme na fronteira do grão, ou as partículas condutoras e a parte ligante, podem sempre adsorver uma quantidade muito pequena de gás. Eles formam a camada intermediária entre os grãos de cristal e dificultam o contato entre as partículas condutoras, obviamente afetando a resistência.
O resistor de filme sintético é feito sob pressão normal. Ao trabalhar a vácuo ou baixa pressão, a parte dessorvida é fixada ao gás, o que melhora o contato entre as partículas condutoras e reduz o valor da resistência. Da mesma forma, quando os resistores de filme de carbono termicamente decomponíveis feitos a vácuo trabalham diretamente em condições ambientais normais, eles irão absorver algum gás devido ao aumento da pressão do ar, aumentando o valor da resistência. Se o produto semiacabado não gravado for predefinido sob pressão normal por um tempo apropriado, a estabilidade da resistência do resistor acabado será melhorada.
A temperatura e a pressão do ar são os principais fatores ambientais que afetam a adsorção e dessorção do gás. Para adsorção física, o resfriamento pode aumentar a capacidade de adsorção de equilíbrio, enquanto o aquecimento é o oposto. À medida que a adsorção e a dessorção do gás ocorrem na superfície do resistor. Portanto, o impacto nos resistores de filme é mais significativo. A alteração da resistência pode chegar a 1% ~ 2%.
(4) Oxidação
A oxidação é um fator de longo prazo (diferente da adsorção). O processo de oxidação começa na superfície do resistor e gradualmente se aprofunda em seu interior. Exceto para resistores de metal precioso e filme de liga, resistores de outros materiais são todos afetados pelo oxigênio do ar. O resultado da oxidação é um aumento da resistência. Quanto mais fino for o filme resistivo, mais óbvio será o efeito da oxidação.
A medida fundamental para prevenir a oxidação é a vedação (metal, cerâmica, vidro e outros materiais inorgânicos). O revestimento ou envasamento com materiais orgânicos (plásticos, resinas, etc.) não pode impedir completamente a camada protetora de permear a umidade ou o ar. Embora possa atrasar a oxidação ou adsorver gás, também trará algumas novas idéias relacionadas à camada protetora orgânica. Fatores de envelhecimento.
(5) A influência da camada protetora orgânica
Durante a formação da camada de proteção orgânica, os voláteis de polimerização de condensação ou vapores de solvente são liberados. O processo de tratamento térmico faz com que parte dos voláteis se difundam no resistor, fazendo com que a resistência aumente. Embora esse processo possa durar de 1 a 2 anos, o tempo para afetar significativamente a resistência é de cerca de 2 a 8 meses. Para garantir a estabilidade da resistência do produto acabado, é mais adequado deixar o produto no armazém por um período de tempo antes de sair da fábrica.
(6) Danos mecânicos
A confiabilidade da resistência depende muito das propriedades mecânicas do resistor. Os corpos dos resistores, capas e fios condutores devem ter resistência mecânica suficiente. Defeitos na matriz, danos na tampa do condutor ou quebras do condutor podem levar à falha do resistor.