從某電阻器批次失效事件著手分析并改進生產(chǎn)工藝實例

中國航空工業(yè)集團公司西安航空計算技術(shù)研究所 魏一鳴 呂 冰 肖衛(wèi)鎮(zhèn)

本文主要介紹了某設(shè)備使用的型號為RJK52-0.1W-121KΩ-F-N電阻器出現(xiàn)批次失效事件，通過故障樹分析法對電阻器批次失效的故障根源進行分析，確定了失效的根本原因，最終對生產(chǎn)工藝提出新的要求。

隨著電子設(shè)備的快速發(fā)展，其可靠性問題引起了人們越來越多的關(guān)注。雖然電阻器是功能最簡單、最基礎(chǔ)的電子元器件，但是由于其在電路中往往承擔(dān)了重要作用，因此電阻器的失效有可能造成整個電子設(shè)備功能異常甚至功能喪失，造成的損失更是不可估量。本文結(jié)合某設(shè)備使用的電阻器批次失效事例，對電阻器失效機理進行深入的分析，希望在電阻器生產(chǎn)過程中改進工藝，減少失效的發(fā)生。

1 事件背景

在某型產(chǎn)品中使用型號為RJK52-0.1W-121KΩ-F-N（符合GJB 244A-2001《有質(zhì)量等級的薄膜固定電阻器總規(guī)范》）的電阻器接連發(fā)生數(shù)起開路失效故障。故障模式相同且造成多起設(shè)備故障的嚴(yán)重后果，經(jīng)查失效電阻器的批次號相同，為批次故障。

2 問題分析與定位

2.1 失效分析情況

對失效的數(shù)只電阻器進行了靜態(tài)測試分析，失效電阻器使用在完全相同的電路環(huán)境中，在使用過程中未過負荷使用，所有失效電阻器外觀完好無缺損，未見異常，使用數(shù)字萬用表對電阻器的阻值進行測試，阻值均為無窮大，電阻器均已呈開路狀態(tài)。

2.2 故障樹分析

RJK型電阻器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 RJK型電阻器結(jié)構(gòu)圖

RJK型電阻器的生產(chǎn)加工主要流程為：鍍膜→壓帽→分組→刻槽→涂薄漆→電老煉→精調(diào)→涂漆→塑封→打標(biāo)志→電老煉→篩選→包裝。

該型電阻器開路失效的可能原因主要有引線與帽蓋虛焊、電阻膜層開裂、電阻膜層脫落和膜層燒損等。對有可能造成電阻器開路的原因，列出故障樹，如圖2所示。

下面逐層進行分析。

第一層（A層），A1、A2、A3、A4中只要有1個條件存在，就會造成電阻膜缺損。

A1：引線與蓋帽虛焊。該電阻器是在金屬化瓷棒的兩端通過加引線帽的方式實現(xiàn)電極引出。如果引線與蓋帽之間存在虛焊，則電阻出廠前在溫沖、加電過載等篩選項目中，電阻值會變化較大，因為精度超差被剔除，所以可以排除A1；

圖2 故障樹

A2：電阻膜層開裂。電阻膜層開裂的主要原因是由于氧化鋁瓷體與電阻膜層或電阻膜層與涂覆層熱應(yīng)力不適配。如果氧化鋁瓷體與電阻膜層或電阻膜層與涂覆層熱膨脹系數(shù)不適配，則在溫沖、加電過載等篩選項目中，產(chǎn)品會出現(xiàn)批次性的電阻值變化較大問題，通過復(fù)查失效批的生產(chǎn)加工過程記錄，未見異常，所以可以排除A2；

A3：電阻膜腐蝕。當(dāng)RJK型電阻器內(nèi)部存在著腐蝕性介質(zhì)時，在電場、腐蝕性介質(zhì)以及潮氣的共同作用下，電阻膜層會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致電阻膜腐蝕，電阻器開路失效；

A4：電阻膜層燒損。當(dāng)電阻器過功率使用時，會出現(xiàn)電阻膜層燒損，從而導(dǎo)致電阻器開路失效。經(jīng)查，該電阻器應(yīng)用于同一設(shè)備的相同電路位置，該設(shè)備電路設(shè)計成熟，產(chǎn)量較大，不存在設(shè)計功率不合理的情況，所以可以排除A4。

綜上所述，造成RJK52-0.1W-121KΩ-F-N電阻器開路失效的原因應(yīng)為A3，即電阻膜腐蝕。

第二層（B層），B1、B2、B3這3個條件同時存在時，才會造成電阻膜層被電解腐蝕。電阻器在使用過程中存在著電場；電阻器在生產(chǎn)加工過程中，電阻膜層表面會吸附少量的潮氣，且在惡劣環(huán)境下（如高溫高濕，溫度循環(huán)試驗等）應(yīng)用時，潮氣會侵入其內(nèi)部。所以，B1、B3條件具備，下面分析B2條件的建立。

第三層（X層），由于RJK型電阻器的生產(chǎn)加工是在一般環(huán)境中進行，手工工序較多，在生產(chǎn)過程中電阻膜層可能會吸附空氣中的腐蝕性雜質(zhì)離子或受到人為污染，所以電阻膜層可能存在腐蝕性介質(zhì)。X1、X2、X3、X4、X5只要有一個條件存在，就會導(dǎo)致電阻器內(nèi)部本身存在腐蝕性介質(zhì)。

X1：鍍膜工序帶入。鍍膜工序?qū)Νh(huán)境溫濕度有嚴(yán)格控制，盛放產(chǎn)品的工裝、容器在使用前都要進行清洗或擦拭，對工藝紀(jì)律有嚴(yán)格的要求，操作人員上崗前需經(jīng)過嚴(yán)格的培訓(xùn)并考試合格，但不排除個別員工責(zé)任心不強，操作時未嚴(yán)格執(zhí)行工藝紀(jì)律要求，如對著裸露的膜層說話等，造成個別產(chǎn)品的電阻膜層受到污染；

X2：壓帽工序帶入。壓帽是采用手工進行，操作人員利用鑷子將鍍膜后的磁棒和引線帽送入手動壓帽機，然后進行壓制，從而實現(xiàn)引線帽和瓷棒的緊密配合。在手工壓帽的過程中，如果鑷子的潔凈程度不夠，可能會造成個別產(chǎn)品的電阻膜層受到污染；

X3：刻槽工序帶入?？滩酃ば蚴褂冒胱詣涌滩墼O(shè)備，需要操作人員手動上料，在上料前需要對引線進行搓直以方便刻槽，在引線搓直和上料的過程中，如果操作人員疏忽，可能會導(dǎo)致電阻膜層與皮膚接觸，沾染腐蝕性介質(zhì)。此外，在操作過程中，若操作人員沒有嚴(yán)格按工藝要求佩戴口罩，并面對產(chǎn)品說話，會不慎將唾沫沾染到產(chǎn)品膜層上，導(dǎo)致電阻膜層沾染腐蝕性介質(zhì)；

X4：精調(diào)工序帶入。精調(diào)工序是手工操作，操作時要求操作人員戴手指套和口罩，如果操作人員未嚴(yán)格執(zhí)行，可能會導(dǎo)致電阻膜層沾染手汗、唾沫等腐蝕性介質(zhì)；

X5：涂漆工序帶入。在操作過程中，若操作人員沒有嚴(yán)格按工藝要求佩戴口罩，并面對產(chǎn)品說話，會不慎將唾沫沾染到產(chǎn)品膜層上，導(dǎo)致極個別的電阻膜層沾染腐蝕性介質(zhì)。

由于在涂薄漆和涂漆之前要對電阻器進行清洗，可以去除X1、X2、X3、X4過程中帶入的污染，故可以排除X1、X2、X3、X4；而在涂漆工序，產(chǎn)品需要經(jīng)過引線搓直、下架盤、清洗、上架盤等操作后才能進行涂漆，經(jīng)歷工序較多，如果操作人員操作時未嚴(yán)格執(zhí)行工藝衛(wèi)生要求，可能對產(chǎn)品造成污染，導(dǎo)致極個別的電阻膜層沾染腐蝕性介質(zhì)。

綜合以上分析，可以排除X1、X2、X3、X4，所以，腐蝕性介質(zhì)來自X5：涂漆工序。

2.3 故障定位

復(fù)查該批產(chǎn)品涂漆工序的生產(chǎn)記錄，確認人員持證上崗，所用原材料經(jīng)過進廠檢驗合格，所用作業(yè)文件為有效版本，要求明確，指導(dǎo)性強，環(huán)境控制沒有異常變化，所用設(shè)備在計量有效期內(nèi)使用。但如若操作人員在涂漆過程中不小心用手觸碰個別電阻膜層，或未按照工藝要求佩戴口罩而直接對著裸露的電阻器體說話，使得腐蝕性介質(zhì)沾染到電阻膜上，則在使用過程中，在電場和腐蝕性介質(zhì)共同作用下，電阻器電阻膜局部會被電化學(xué)腐蝕，從而導(dǎo)致電阻器開路失效。

3 機理分析

當(dāng)電阻器內(nèi)部存在腐蝕性介質(zhì)時，在潮氣的共同作用下，電阻膜表面形成腐蝕性電解溶液，通電時，電阻膜和電解液會發(fā)生電解反應(yīng)。其反應(yīng)機理如下：

電解溶液的存在，使螺旋槽（見圖1）兩個端面與電解液形成一個電解槽。通電時，在螺旋槽兩端會產(chǎn)生電勢差，電阻膜和雜志離子在電場作用下發(fā)生電解反應(yīng)，處在陽極的電阻膜會因為失去電子而逐漸氧化。

這種反應(yīng)的強弱，取決于電勢差的大小和電解溶液中雜質(zhì)離子含量的高低。當(dāng)雜質(zhì)離子含量很多時，反應(yīng)就會很激烈，從宏觀上看，陽極位置的電阻膜顏色會逐漸改變，通常顏色會逐漸變淺，到達一定的程度后，導(dǎo)電帶（電阻膜）就會被腐蝕，露出白色的陶瓷基體，電阻器的電阻值也因此而逐漸變大，最終開路。

4 故障復(fù)現(xiàn)

取10只已刻槽、未涂漆的RJK52-0.1W-121KΩ-F-N電阻器，其中5只產(chǎn)品的電阻膜層沾染少量的唾液，另5只產(chǎn)品直接用手接觸電阻膜層，成品后對產(chǎn)品進行加速耐濕試驗，試驗后4只產(chǎn)品出現(xiàn)開路。對開路產(chǎn)品進行失效分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的膜層出現(xiàn)了腐蝕，故障可復(fù)現(xiàn)。

5 改進措施

針對上述電阻器產(chǎn)品因電阻膜層腐蝕而導(dǎo)致的產(chǎn)品失效，采取以下措施：

（1）對生產(chǎn)線所有操作人員進行質(zhì)量教育，明確各工序的工藝衛(wèi)生要求。通過質(zhì)量教育，讓每個人都牢牢樹立防護膜層、禁止用手直接接觸膜層、禁止對著膜層說話的理念。

（2）在涂漆工序工藝文件中細化工藝衛(wèi)生的規(guī)定：操作過程中操作人不得用手接觸瓷棒，需戴干凈的口罩，清洗時還需戴橡膠手套，在穿戴橡膠手套的過程中要避免用手接觸手套外部手掌位置，橡膠手套脫掉后不得重復(fù)使用，口罩每星期至少清洗或更換一次，當(dāng)破損、污染后應(yīng)及時清洗或更換。對于受到污染的個別產(chǎn)品，做報廢處理，若數(shù)量較多，需進行不合格品評審。

（3）對生產(chǎn)區(qū)域進行了改造，將產(chǎn)品的露膜生產(chǎn)工序所在區(qū)域改造成潔凈區(qū)域，實行凈化管理，加嚴(yán)環(huán)境控制。針對涂漆工序電阻器體易沾染電解溶液的問題，對該工序的環(huán)境溫濕度進行嚴(yán)格控制，溫度為25℃±5℃，相對濕度≤80%RH。

（4）加嚴(yán)篩選中溫沖過載試驗的控制，原來規(guī)定溫沖過載后阻值變化率≤±0.2%，加嚴(yán)控制為阻值變化率≤±0.1%。