表贴元器件常见的失效模式及机理分析

致谢：

感谢中国航天科技集团朱明让和梁瑞海研究员对本课题的支持。感谢石家庄无线电二厂提供了试验样品。感谢中国电子科技集团电子第十三研究所徐立生高工对本工作提出了有益的意见。

参考文献：（略）

表贴元器件常见的失效模式及机理分析

范士海

（航天科工集团二院２０１所北京１４２信箱２３分箱邮编：１００５８４Ｅ—Ｉｎａ讧：ｆａｎｓｈｉｈａｉ＠ｙａｈｏｏ．１２，０ｍ）

摘要由于表贴元器件具有体积小，重量轻，集成度高，性能优良的优点，随着武器装备系统向着小型

化、智能化方向发展，表贴元器件越来越多地应用在高新武器装备系统中。但是，由于器件本身的结构以及

材料等方面的原因。表贴元器件在应用中容易产生一些特有的失效模式。本文通过一些表贴元器件典型的失

效案例，分析了元器件的失效机理，重点剖析了元器件失效与其本身结构及材料方面的关系。

主题词表贴元器件表贴电阻独石陶瓷电容器玻封表贴二极管失效机理

１．引言

表面安装技术（ＳＭＴ）源于６０年代的倒装焊和混合集成电路技术。随着技术的进步，片状元件的应用，表面安装技术也得到了飞速的发展，从厚膜电路、薄膜电路发展到裸芯片直接焊到ＰＣＢ上，并朝着三维组装技术迈进。表面安装技术具有体积小、密度高、功能强的优点，使得电子设备面貌一新。另外，表面安装技术还改变了传统的通孔工艺技术，使得电子安装工艺大为简化并更容易实现自动化。

虽然表面安装技术（ＳＭＴ）有以上诸多优点，但它也遇到了一些新的问题。如：由于表贴元器件体积比较小，结构脆弱；由于表贴元器件的焊盘面积小，容易出现焊接不良问题。作者在以前的文章中，一专门对表贴塑封集成电路的失效模式及机理进行了讨论【ｌ】，对表贴器件焊点的失效问题也进行了探讨【２］。下面针对一些常用的小型表贴元器件的典型失效模式进行归纳总结，分析其失效机理。为进一步改进设计和安装工艺提供有益的根据。

２．表贴元器件常见的失效模式与机理

２．１表贴电阻

厚膜电阻和独石陶瓷电容是最常见的表贴元件。它们的形状多为长方体。当它们安装在基板上时，与非表贴元件相比，占用不到一半的空间。所以这些元件的表贴封装已得到了广泛的认可。

厚膜的表贴电阻是在扁平的高纯氧化铝陶瓷基板上漏印一层电阻膜，然后在电阻膜上再覆盖一层钝化玻璃保护层，在两端有可焊（如锡，铅）的端电极。５７

表贴元器件常见的失效模式及机理分析

厚膜表贴电阻的主要失效模式是电阻增大甚至开

路。造成上述失效的原因主要有两种：一是电阻膜被

过电应力烧损；二是电阻氧化铝陶瓷基板开裂导致电

阻膜出现裂纹。

图ｌ是一个被过电应力烧损的表贴电阻的形貌。

从图中可以看出，电阻膜被烧毁部分位于电阻的中心

部位。烧毁部位电阻膜出现空洞，造成电阻值显著增

高。显然，该电阻被烧毁是由于通过电阻的电流过大

造成的。由于表贴电阻的体积比较小，电阻膜又只是

图１涂敷在瓷体的一个侧面，因此，其散热面积非常小。

尤其在电阻膜的中心部位，由于与传热较快的端电极

距离较远，一旦受到大电流的冲击，瞬时产生大量的

热不能及时散出，很容易造成电阻膜在中心部位烧

毁，出现熔坑。因此设计人员在选用表贴电阻时，应

图２对功率降额要有充分的考虑，电阻的安装环境也要充分考虑散热问题。

造成表贴电阻阻值增大甚至是开路的另一个常见

的失效原因是瓷体开裂。图２是一表贴电阻瓷体开裂

的典型形貌，图中氧化铝陶瓷基板靠近一端电极开

裂，造成电阻端电极与电阻本体产生裂纹（如图３所

示）而开路。图４是另一表贴电阻瓷体开裂的典型形

貌，断裂面靠近氧化铝陶瓷基板中间部位。断裂面上

未发现明显的沾污痕迹；断裂面附近氧化铝陶瓷基板

上还存在一些微裂纹（如图４、５所示）。导致瓷体开

图３裂的原因是多方面的，电阻瓷体材料本身会有一些很

微小的裂纹。电阻安装时端头局部受热，因热应力会

产生微裂纹，或使原本存在的微裂纹进一步扩展；对

于手工焊装，更易出现端电极局部过热情况。另一方

面，手工焊两端电极焊接不是同时完成的，焊接后一

个端电极时，操作不当，将使瓷体受到较大的应力；

在板级温冲试验、振动试验中，瓷体也会受到应力作

用。这些因素都会使瓷体产生微裂纹，或使原本存在

的微裂纹进一步扩展，最终导致瓷体断开，引发电阻

图４膜开裂。

发生此种情况，人们也许会认为电阻应该完全开

路，但实际情况比较复杂：在失效初期，由于裂纹非

常微细，或是并未完全断开，电阻值可能表现为增

大，或者是不稳定。作者曾遇到这样一个案例，某电

子设备刚开机时工作不正常，经过约半小时加电后，

工作恢复正常；如果设备停机时间比较长，或周围环

境温度较低（如在冬季室外）， …… 此处隐藏：2218字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……