（航天科工防御技術(shù)研究試驗(yàn)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(diǎn)[1～3]，因而得到廣泛使用。由于片式電阻結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)簡(jiǎn)單，在航天產(chǎn)品上的國(guó)產(chǎn)化率較高，但是在高精度和低溫度系數(shù)電阻的量產(chǎn)和可靠性方面，與國(guó)外相比還存在一定的差距。

為了適應(yīng)航天和軍用產(chǎn)品高精度、高可靠性要求，針對(duì)新研制的、設(shè)計(jì)工藝改進(jìn)和國(guó)產(chǎn)化替代片式電阻在使用前應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證分析[4～8]，從設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、材料和工藝等方面進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，剔除不適用于軍用環(huán)境的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)，提高片式電阻的可靠性。

2 方案制定

2.1 結(jié)構(gòu)單元分解

圖1 片式電阻結(jié)構(gòu)單元分解圖

以某國(guó)產(chǎn)軍用片式電阻為例，按照物理單元對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，可分為保護(hù)膜、電阻膜、基板以及端電極等四個(gè)部分，端電極又可分解為內(nèi)電極、阻擋層和外電極等部分，如圖1所示。

2.2 結(jié)構(gòu)要素識(shí)別

片式電阻失效一般都會(huì)在物理結(jié)構(gòu)上有所體現(xiàn)，根據(jù)片式電阻常見(jiàn)的失效模式和失效機(jī)理，判斷其相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)單元可能出現(xiàn)的缺陷和失效，如基體開(kāi)裂、端電極腐蝕、電阻膜缺損等[9～13]，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)要素識(shí)別，制定相應(yīng)的試驗(yàn)方法，逐一驗(yàn)證電阻結(jié)構(gòu)的合理性和可靠性。針對(duì)軍用片式電阻進(jìn)行結(jié)構(gòu)要素識(shí)別結(jié)果和對(duì)應(yīng)的分析試驗(yàn)如表1所示。

表1 片式電阻結(jié)構(gòu)要素組成及試驗(yàn)方法

3 試驗(yàn)及結(jié)果

對(duì)不同結(jié)構(gòu)單元相同試驗(yàn)的項(xiàng)目進(jìn)行合并，按照由外及內(nèi)，先非破壞性后破壞性的原則，對(duì)劃分的結(jié)構(gòu)單元和每個(gè)結(jié)構(gòu)單元所包含的結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行試驗(yàn)分析。

3.1 保護(hù)膜

片式電阻保護(hù)膜層表面完整，無(wú)劃傷、缺損等缺陷，未粘附外來(lái)物。表面標(biāo)識(shí)清晰，用無(wú)水乙醇擦拭表面，標(biāo)識(shí)牢固度良好，未見(jiàn)明顯變化。保護(hù)膜和電阻膜厚總和平均值為42.297μm，符合廠(chǎng)家規(guī)定的35μm～60μm要求，如圖2所示。

圖2 片式電阻保護(hù)膜形貌

3.2 電阻膜

電阻膜層完整均勻，無(wú)明顯裂紋、空洞等缺陷，電阻膜厚度平均值為10.269μm，符合廠(chǎng)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(jī)材料作為保護(hù)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(wú)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)家規(guī)定的4μm～15μm要求，且鉛含量最低為5.12%，滿(mǎn)足廠(chǎng)家規(guī)定的 ≥3%的要求。但中間電極即阻擋層與內(nèi)電極之間存在縫隙，且阻擋層未延伸至保護(hù)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(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

基于分析試驗(yàn)結(jié)果對(duì)片式電阻的設(shè)計(jì)、工藝和材料等方面進(jìn)行判別與評(píng)價(jià)，主要包含以相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范為依據(jù)，結(jié)合使用要求，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性；對(duì)生產(chǎn)水平和工藝的合理性以及是否存在潛在隱患等進(jìn)行評(píng)價(jià)；調(diào)查以往失效案例，結(jié)合實(shí)際分析結(jié)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(guò)結(jié)構(gòu)分析得出，該片式電阻為典型的片式電阻器結(jié)構(gòu)，采用厚膜工藝制造，保護(hù)膜層表面完好，基板平整、電阻膜均勻且無(wú)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(mǎn)足廠(chǎng)家規(guī)定要求。但中間電極即阻擋層未延伸至保護(hù)膜上，且與內(nèi)電極之間存在縫隙，在使用過(guò)程中外界腐蝕性元素容易通過(guò)縫隙侵入內(nèi)電極發(fā)生腐蝕，從而引起阻值異常甚至開(kāi)路失效。建議生產(chǎn)廠(chǎng)家改進(jìn)工藝，保證電極與保護(hù)膜以及電極之間的結(jié)合性，提高片式電阻的可靠性。