空氣中的硫很會殺死你的電阻？

有一批現(xiàn)場儀表在某化工廠使用一年后，儀表紛紛出現(xiàn)故障。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)儀表中使用的厚膜貼片電阻阻值變大了，甚至變成開路了。把失效的電阻放到顯微鏡下觀察，可以發(fā)現(xiàn)電阻電極邊緣出現(xiàn)了黑色結(jié)晶物質(zhì)，進(jìn)一步分析成分發(fā)現(xiàn)，黑色物質(zhì)是硫化銀晶體。原來電阻被來自空氣中的硫給腐蝕了。

電極的銀層斷裂是由于焊接時，在Pb-Sn 焊料邊緣的面電極Ag 大量熔于焊 料中，形成邊緣的Ag 層空洞，在長期工作過程Ag 的遷移和腐蝕造成空洞的擴(kuò)大甚至斷開而導(dǎo)致電子開路。

如果經(jīng)過正常生產(chǎn)的SMT回流焊接，以上部位出現(xiàn)縫隙（致密性問題），說明電阻耐熱沖擊差，電阻也會有硫化危險。灌封硅膠問題有機(jī)硅橡膠按成分有單組分和雙組分兩種，按固化反應(yīng)類型有縮合型和加成型兩類。

加成型硅膠固化時沒有副產(chǎn)物，所以電氣特性和固化特性穩(wěn)定，無腐蝕性，收縮率小。缺點是催化劑遇到下列物質(zhì)（如硫、胺、磷化合物）易中毒，而不能固化。在DC/DC模塊電源中通常使用加成型硅橡膠。加成型硅橡膠RTVS6354LV是雙組分硅膠，A/B兩部分硅膠按質(zhì)量比1∶1混合后，含乙烯基的聚二甲基硅氧烷作為基礎(chǔ)聚合物，低相對分子質(zhì)量的含氫硅油作為交聯(lián)劑，在鉑系催化劑作用下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，開始固化。高溫可縮短固化時間。

把該硅膠送到微電子材料與元器件微分析中心，進(jìn)行硅膠成分分析，結(jié)果顯示硅膠成分中不含硫。雖然硅膠本身不含硫，但硅膠具有多孔結(jié)構(gòu)，對空氣中極性分子硫化物有較強(qiáng)的吸附作用[1-2]。單組分和雙組分的硅膠都有這種特性。

綜上所述，灌封硅膠DC/DC模塊電源的電阻硫化是由于周圍空氣中含有硫化物，而硅膠對硫化物有吸附作用，同時電阻端電極和二次保護(hù)包覆層交界不管是電鍍存在的孔隙或縫隙，還是焊接工藝異常造成的縫隙，空氣中的硫化物通過硅膠的吸附，硅膠具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，硅膠的比表面積達(dá)500～600m2/g[3]，這樣硅膠中的硫化物濃度不斷增加，由于硅膠灌注在電阻上面，這樣硅膠中的硫化物很容易通過電阻端電極和二次保護(hù)包覆層交界孔隙或縫隙進(jìn)入到電阻面電極，導(dǎo)致面電極材料中的Ag被硫化，生成低電導(dǎo)率的硫化銀，從而導(dǎo)致電阻的阻值增大直至開路。

防硫化電阻為了避免電阻硫化，最好的方法是使用防硫化電阻（或全薄膜工藝電阻，或插件電阻）。風(fēng)華高科公司防硫化電阻(圖略)是通過延長二次保護(hù)包覆層設(shè)計尺寸，同時讓底層電極覆蓋上二次保護(hù)，并達(dá)到一定尺寸，在電鍍時，Ni層和Sn層均能容易地覆蓋上二次保護(hù)層。這樣避免了相對薄弱的二次保護(hù)包覆層邊緣直接暴露于空氣環(huán)境中，提高了產(chǎn)品的防硫化能力。

國巨，華新科，ROHM，VISHAY等公司都有自己的防硫化電阻，設(shè)計思路是從包封、覆蓋角度出發(fā)的。ROHM公司的防硫化電阻設(shè)計，保護(hù)層采用碳系導(dǎo)電樹脂膠，覆蓋在面電極上，并延伸到二次保護(hù)層上。另一種防硫化電阻設(shè)計是從材料角度出發(fā)，如：提高面電極Ag/Pd漿料中鈀的含量，把鈀的含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))從通常的0.5%提高到10%以上，由于漿料中鈀含量的提高，鈀的穩(wěn)定性提高了電阻抗硫化能力。實驗證實，這種方法有效。

總的來說，防硫化電阻設(shè)計有兩種思路，一種思路是從包封覆蓋角度出發(fā)，另一種思路是從材料角度出發(fā)。相對而言從材料角度出發(fā)，能更好保證電阻不被硫化。涂敷三防漆PCB單板組件涂敷三防漆，這樣增加了一層保護(hù)膜，起到隔絕空氣防止電阻硫化的作用。三防漆的類型有很多，如：丙烯酸類、聚氨酯類等。德國ELANTAS公司BectronPL4122E改性醇酸樹脂三防漆，具有優(yōu)良的特性。灌封膠的選型既然灌封硅膠對硫化物有吸附作用，導(dǎo)致硫化物不斷積累，濃度增大，進(jìn)而產(chǎn)生硫化作用。而模塊電源為了散熱（或使熱分布均勻），又需要灌膠，因此灌封膠的選型就很重要。

根據(jù)目前大規(guī)模工程使用情況，用高導(dǎo)熱的聚氨酯灌封膠可避免電阻硫化的產(chǎn)生。全封閉設(shè)計灌膠的模塊電源采用全六面封裝結(jié)構(gòu)。這種方法需要實踐去檢驗，因為模塊電源在它的引出腳，即：針腳周圍，很難真正做到完全密閉。還有一個解決方法，就是采用真正的氣密性結(jié)構(gòu)設(shè)計，模塊電源內(nèi)部充入氮氣或氬氣，這個主要應(yīng)用在軍工或航空航天產(chǎn)品中。開放式結(jié)構(gòu)既然硅膠對硫化物有吸附作用，還有一種方法就是舍棄灌封硅膠采用開放式結(jié)構(gòu)。開放式結(jié)構(gòu)要從提高電源的轉(zhuǎn)換效率，器件熱分布均勻，強(qiáng)制散熱等方面去綜合考慮。

從目前來看，開放式結(jié)構(gòu)的模塊電源雖有硫化案例，但相比于采用灌封硅膠的模塊，電源硫化風(fēng)險大大降低。陶瓷基板電源模塊電源采樣陶瓷基板，直接將電阻印制在陶瓷基板上，陶瓷基板有很好的導(dǎo)熱性。但陶瓷基板一定要涂敷三防漆，以防止在高溫高濕、電場力的作用下的銀遷移，從而避免線路之間出現(xiàn)短路。IC封裝電源采用IC封裝電源。由于IC封裝電源和IC芯片一樣，具有優(yōu)良的密封性，它完全可以隔斷外界含硫氣體同電源內(nèi)部厚膜片式電阻接觸。

隨著工業(yè)發(fā)展，大氣中含硫氣體越來越多，這些氣體主要有SO2、SO3、CS2、H2S、COS。其中SO3、CS2常溫下是液體，40℃以上是氣體。根據(jù)前期試驗和一些研究分析，對于厚膜片式電阻器的性能，SO2、SO3影響甚小，CS2幾乎沒有任何影響，也就是說主要是大氣中H2S和COS作用。H2S和O2一起與銀發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫化銀，COS在紫外線和一定的濕度下，產(chǎn)生自由基，然后與銀發(fā)生反應(yīng)生成硫化銀。筆者對厚膜片式電阻器的硫化機(jī)理做出了闡述，并對預(yù)防措施一一做了說明，雖然是結(jié)合DC/DC模塊電源產(chǎn)品，但對其他電子產(chǎn)品同樣有參考意義。

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