空气中的硫会使你的贴片电阻失效

有一批现场仪表在某化工产使用一年后，仪表纷纷出现故障。经分析发现仪表中使用的薄膜贴片电阻阻值变大了，甚至变成开路了。把失效的电阻放到显微镜下观察，可以发现电阻电极边缘出现了黑色结晶物质，进一步分析成分发现，黑色物质为硫化银晶体。原来电阻被来自空气中的硫给腐蚀了。

电极的银层断裂是由于焊接时，在Pb-Sn焊料边缘的面电极Ag大量熔于焊料中，形成边缘的Ag层空洞，在长期工作过程Ag的迁移和腐蚀造成空洞的扩大甚至断开而导致电子开路。

如果经过正常生产的SMT回流焊接，以上部位出现缝隙（致密性问题），说明电阻耐热冲击差，电阻也会有硫化危险。灌封硅胶问题有机硅橡胶按成分有单组分和双组分两种，按固化反应类型有缩合型和加成型两类。加成型硅胶固化时没有副产物，所以电气特性和固化特性稳定，无腐蚀性，收缩率小。缺点是催化剂遇到下列物质（如硫、胺、磷化合物）易中毒，而不能固化。在DC/DC模块电源中通常使用加成型硅橡胶。

加成型硅橡胶RTVS6354LV是双组分硅胶，A/B两部分硅胶安质量比1：1混合后含乙烯基的聚二甲基硅氧烷作为基础聚合物，低相对分子质量的含氢硅油作为交联剂，在铂系催化剂作用下进行交联反应，开始固化。

把该硅胶送到微电子材料与元器件微分析中心，进行硅胶成分分析，结果显示硅胶成分中不含硫。虽然硅胶本身不含硫，但硅胶具有多孔结构，对空气中极性分子硫化物有较强的吸附作用。

综上所述，灌封硅胶DC/DC模块电源的电阻硫化是由于周围空气中含有硫化物，而硅胶对硫化物有吸附作用，同时电阻端电极和二次保护包覆层交界不管是电镀存在的孔隙或缝隙，还是焊接工艺异常造成的缝隙，空气中的硫化物通过硅胶的吸附，硅胶具有发达的微孔结构，硅胶的比表面积达500～600m2/g，这样硅胶中的硫化物浓度不断增加，由于硅胶灌注在电阻上面，这样硅胶中的硫化物很容易通过电阻端电极和二次保护包覆层交界孔隙或缝隙进入到电阻面电极，导致面电极材料中的Ag被硫化，生成低电导率的硫化银，从而导致电阻的阻值增大直至开路。

防硫化电阻为了避免电阻硫化，最好的方法是使用防硫化电阻（或全薄膜工艺电阻，或插件电阻）。

风华高科防硫化电阻是通过延长二次保护包覆层设计尺寸，同时让底层电极覆盖上二次保护，并达到一定尺寸，在电镀时，Ni层和Sn层均能容易地覆盖上二次保护层。这样避免了相对薄弱的二次保护包覆层边缘直接暴露于空气环境中，提高了产品的防硫化能力。

国巨，华新科，ROHM，VISHAY等公司都有自己的防硫化电阻，设计思路是从包封、覆盖角度出发的。ROHM公司的防硫化电阻设计，保护层采用碳系导电树脂胶，覆盖在面电极上，并延伸到二次保护层上。

另一种防硫化电阻设计是从材料角度出发，如：提高面电极Ag/Pd浆料中钯的含量，把钯的含量（质量分数）从通常的0.5%提高到10%以上，由于浆料中钯含量的提高，钯的稳定性提高了电阻抗硫化能力。实验证实，这种方法有效。

总的来说，防硫化电阻设计有两种思路，一种思路是从包封覆盖角度出发，另一种思路是从材料角度出发。相对而言从材料角度出发，能更好保证电阻不被硫化。涂敷三防漆PCB单板组件涂敷三防漆，这样增加了一层保护膜，起到隔绝空气防止电阻硫化的作用。三防漆的类型有很多，如：丙烯酸类、聚氨酯类等。德国ELANTAS公司BectronPL4122E改性醇酸树脂三防漆，具有优良的特性。灌封胶的选型既然灌封硅胶对硫化物有吸附作用，导致硫化物不断积累，浓度增大，进而产生硫化作用。而模块电源为了散热（或使热分布均匀），又需要灌胶，因此灌封胶的选型就很重要。

根据目前大规模工程使用情况，用高导热的聚氨酯灌封胶可避免电阻硫化的产生。全封闭设计灌胶的模块电源采用全六面封装结构。这种方法需要实践去检验，因为模块电源在它的引出脚，即：针脚周围，很难真正做到完全密闭。还有一个解决方法，就是采用真正的气密性结构设计，模块电源内部充入氮气或氩气，这个主要应用在军工或航空航天产品中。开放式结构既然硅胶对硫化物有吸附作用，还有一种方法就是舍弃灌封硅胶采用开放式结构。开放式结构要从提高电源的转换效率，器件热分布均匀，强制散热等方面去综合考虑。

从目前来看，开放式结构的模块电源虽有硫化案例，但相比于采用灌封硅胶的模块，电源硫化风险大大降低。陶瓷基板电源模块电源采样陶瓷基板，直接将电阻印制在陶瓷基板上，陶瓷基板有很好的导热性。但陶瓷基板一定要涂敷三防漆，以防止在高温高湿、电场力的作用下的银迁移，从而避免线路之间出现短路。IC封装电源采用IC封装电源。由于IC封装电源和IC芯片一样，具有优良的密封性，它完全可以隔断外界含硫气体同电源内部厚膜片式电阻接触。

随着工业发展，大气中含硫气体越来越多，这些气体主要有SO2、SO3、CS2、H2S、COS。其中SO3、CS2常温下是液体，40℃以上是气体。根据前期试验和一些研究分析，对于厚膜片式电阻器的性能，SO2、SO3影响甚小，CS2几乎没有任何影响，也就是说主要是大气中H2S和COS作用。

H2S和O2一起与银发生化学反应生成硫化银，COS在紫外线和一定的湿度下，产生自由基，然后与银发生反应生成硫化银。笔者对厚膜片式电阻器的硫化机理做出了阐述，并对预防措施逐一说明，虽然是结合DC/DC模块电源产品，但对其他电子产品同样有参考意义。

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