โหมดความล้มเหลว: ปรากฏการณ์ความล้มเหลวต่างๆ และอาการแสดง
กลไกความล้มเหลว: เป็นกระบวนการทางกายภาพ เคมี อุณหพลศาสตร์ หรือกระบวนการอื่นๆ ที่นำไปสู่ความล้มเหลว
1. โหมดความล้มเหลวหลักและกลไกความล้มเหลวของตัวต้านทานคือ:
1) วงจรเปิด: กลไกความล้มเหลวหลักคือ ฟิล์มต้านทานถูกเผาหรือตกลงมาในพื้นที่ขนาดใหญ่ ซับสเตรตแตก และฝาตะกั่วและตัวตัวต้านทานหลุดออกมา
2) ความต้านทานดริฟท์เกินข้อกำหนด: ฟิล์มต้านทานชำรุดหรือเสื่อมสภาพ เมทริกซ์มีโซเดียมไอออนที่เคลื่อนที่ได้ และการเคลือบป้องกันไม่ดี
3) การแตกหักของตะกั่ว: ข้อบกพร่องในกระบวนการเชื่อมของตัวตัวต้านทาน การปนเปื้อนของข้อต่อประสาน และความเสียหายจากความเครียดทางกลกับตัวนำ
4) ไฟฟ้าลัดวงจร: การอพยพของเงิน, การปลดปล่อยโคโรนา
2. โหมดความล้มเหลวต่อตารางอัตราส่วนความล้มเหลวทั้งหมด
3. การวิเคราะห์กลไกความล้มเหลว
กลไกความล้มเหลวของตัวต้านทานมีหลาย-เหลี่ยมเพชรพลอย กระบวนการทางกายภาพและเคมีต่างๆ ที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะการทำงานหรือสภาวะแวดล้อมเป็นสาเหตุของการเสื่อมสภาพของตัวต้านทาน
(1) การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของวัสดุนำไฟฟ้า
ชั้นฟิล์มนำไฟฟ้าของตัวต้านทานแบบฟิล์มบางโดยทั่วไปได้มาจากการสะสมของไอ และมีโครงสร้างอสัณฐานในระดับหนึ่ง จากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์ โครงสร้างอสัณฐานมีแนวโน้มที่จะตกผลึก ภายใต้สภาพการทำงานหรือสภาวะแวดล้อม โครงสร้างอสัณฐานในชั้นฟิล์มนำไฟฟ้ามีแนวโน้มที่จะตกผลึกที่ความเร็วระดับหนึ่ง กล่าวคือ โครงสร้างภายในของวัสดุนำไฟฟ้ามีแนวโน้มที่จะถูกทำให้หนาแน่น ซึ่งมักจะทำให้ค่าความต้านทานลดลงได้ อัตราการตกผลึกเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
ลวดต้านทานหรือฟิล์มต้านทานจะอยู่ภายใต้ความเค้นทางกลในระหว่างกระบวนการเตรียมการ ซึ่งจะทำให้โครงสร้างภายในบิดเบี้ยว ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางลวดเล็กลงหรือชั้นฟิล์มยิ่งบางลง ความเค้นก็จะยิ่งมีนัยสำคัญมากขึ้นเท่านั้น โดยทั่วไป ความเค้นภายในสามารถกำจัดได้โดยการอบชุบ และความเค้นภายในที่ตกค้างอาจจะค่อยๆ ถูกขจัดออกไปในกระบวนการใช้งานระยะยาว-และค่าความต้านทานของตัวต้านทานอาจเปลี่ยนแปลงไปตามนั้น
ทั้งกระบวนการตกผลึกและกระบวนการบรรเทาความเครียดภายในจะช้าลงเมื่อเวลาผ่านไป แต่ไม่น่าจะยุติลงในช่วงอายุของตัวต้านทาน กระบวนการทั้งสองนี้สามารถพิจารณาให้ดำเนินการในอัตราคงที่โดยประมาณระหว่างการทำงานของตัวต้านทาน การเปลี่ยนแปลงแนวต้านที่เกี่ยวข้องกับพวกมันมีสัดส่วนประมาณหนึ่งในพันของแนวต้านดั้งเดิม
สูง-อุณหภูมิของโหลดไฟฟ้า: ไม่ว่าในกรณีใด โหลดไฟฟ้าจะเร่งกระบวนการเสื่อมสภาพของตัวต้านทาน และผลกระทบของโหลดไฟฟ้าต่อการเร่งอายุของตัวต้านทานมีความสำคัญมากกว่าการเพิ่มอุณหภูมิ เหตุผลก็คืออุณหภูมิของส่วนสัมผัสของตัวต้านทานและฝาตะกั่วคือ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเกินอุณหภูมิเฉลี่ยที่เพิ่มขึ้นของตัวต้านทาน โดยปกติ ชีวิตจะสั้นลงครึ่งหนึ่งทุกๆ 10 องศาที่เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ หากการโอเวอร์โหลดทำให้อุณหภูมิของตัวต้านทานเพิ่มขึ้นเกินพิกัดโหลด 50 องศา อายุการใช้งานของตัวต้านทานจะเหลือเพียง 1/32 ของอายุการใช้งานภายใต้สภาวะปกติ ความเสถียรในการทำงานของตัวต้านทานในช่วงระยะเวลา 10 ปีสามารถประเมินได้โดยการทดสอบอายุการใช้งานที่เร่งขึ้นซึ่งใช้เวลาน้อยกว่าสี่เดือน
โหลด DC-อิเล็กโทรไลซิส: ภายใต้การกระทำของโหลด DC อิเล็กโทรไลซิสทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของตัวต้านทาน อิเล็กโทรไลซิสเกิดขึ้นในเซลล์ตัวต้านทานแบบร่อง และไอออนของโลหะอัลคาไลที่มีอยู่ในเมทริกซ์ความต้านทานจะถูกแทนที่ในสนามไฟฟ้าระหว่างเซลล์เพื่อสร้างกระแสไอออนิก กระบวนการอิเล็กโทรลิซิสจะรุนแรงมากขึ้นเมื่อมีความชื้น หากฟิล์มต้านทานเป็นฟิล์มคาร์บอนหรือฟิล์มโลหะ ส่วนใหญ่จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วยไฟฟ้า ถ้าฟิล์มต้านทานเป็นฟิล์มโลหะออกไซด์ ส่วนใหญ่จะลดอิเล็กโทรไลต์ สำหรับตัวต้านทานแบบฟิล์มบาง-ความต้านทานสูง-ผลของอิเล็กโทรลิซิสสามารถเพิ่มค่าความต้านทาน และความเสียหายของฟิล์มอาจเกิดขึ้นที่ด้านหนึ่งของเกลียวร่อง การทดสอบโหลด DC ในสภาพแวดล้อมแบบแฟลชร้อนสามารถประเมินประสิทธิภาพการป้องกัน-ออกซิเดชันหรือต้าน-การลดของวัสดุฐานตัวต้านทานและชั้นฟิล์มได้อย่างครอบคลุม ตลอดจนประสิทธิภาพการป้องกันความชื้น- ของชั้นป้องกัน
(2) วัลคาไนซ์
หลังจากชุดเครื่องมือภาคสนามถูกใช้ในโรงงานเคมีเป็นเวลาหนึ่งปี เครื่องมือก็ล้มเหลวทีละชิ้น หลังจากการวิเคราะห์ พบว่าค่าความต้านทานของตัวต้านทานชิปแบบฟิล์มหนาที่ใช้ในเครื่องมือมีค่ามากขึ้น และกลายเป็นวงจรเปิดด้วยซ้ำ เมื่อสังเกตตัวต้านทานที่ล้มเหลวภายใต้กล้องจุลทรรศน์ พบว่ามีสารผลึกสีดำปรากฏขึ้นที่ขอบของอิเล็กโทรดตัวต้านทาน จากการวิเคราะห์องค์ประกอบเพิ่มเติมพบว่าสารสีดำคือผลึกซิลเวอร์ซัลไฟด์ ปรากฎว่าตัวต้านทานถูกกัดกร่อนด้วยกำมะถันจากอากาศ
(3) การดูดซับและการคายแก๊ส
ฟิล์มต้านทานของตัวต้านทานแบบฟิล์มอาจดูดซับก๊าซจำนวนเล็กน้อยบนขอบเกรนเสมอ หรืออนุภาคนำไฟฟ้าและส่วนสารยึดเกาะ ซึ่งเป็นชั้นกลางระหว่างเมล็ดพืชและขัดขวางการสัมผัสระหว่างอนุภาคนำไฟฟ้า ส่งผลอย่างมากต่อค่าความต้านทาน
ตัวต้านทานแบบฟิล์มสังเคราะห์ทำขึ้นภายใต้แรงดันปกติ เมื่อทำงานในสุญญากาศหรือแรงดันต่ำ ส่วนหนึ่งของก๊าซจะถูกดูดซับ ซึ่งช่วยเพิ่มการสัมผัสระหว่างอนุภาคนำไฟฟ้า และลดค่าความต้านทาน ในทำนองเดียวกัน เมื่อตัวต้านทานฟิล์มคาร์บอนที่สลายตัวด้วยความร้อนที่ทำในสุญญากาศทำงานโดยตรงภายใต้สภาวะแวดล้อมปกติ ส่วนหนึ่งของก๊าซจะถูกดูดซับเนื่องจากความดันอากาศเพิ่มขึ้น ซึ่งจะเพิ่มค่าความต้านทาน หากผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป-ที่ไม่ผ่านการแกะสลักถูกตั้งค่าไว้ล่วงหน้าภายใต้แรงดันปกติสำหรับเวลาที่เหมาะสม ความเสถียรของความต้านทานของผลิตภัณฑ์ตัวต้านทานสำเร็จรูปจะดีขึ้น
อุณหภูมิและความดันอากาศเป็นปัจจัยแวดล้อมหลักที่ส่งผลต่อการดูดซับและการคายน้ำของก๊าซ สำหรับการดูดซับทางกายภาพ การระบายความร้อนสามารถเพิ่มความสามารถในการดูดซับที่สมดุล และความร้อนสามารถเพิ่มปริมาณการดูดซับได้ เนื่องจากการดูดซับและการคายประจุของแก๊สเกิดขึ้นที่พื้นผิวของตัวต้านทาน ดังนั้นผลกระทบต่อตัวต้านทานแบบฟิล์มจึงมีความสำคัญมากกว่า การเปลี่ยนแปลงแนวต้านสามารถเข้าถึง 1 เปอร์เซ็นต์ 2 เปอร์เซ็นต์
(4), ออกซิเดชัน
การเกิดออกซิเดชันเป็นปัจจัยระยะยาว- (แตกต่างจากการดูดซับ) และกระบวนการออกซิเดชันเริ่มต้นจากพื้นผิวของตัวต้านทานและค่อยๆ ลึกเข้าไปข้างใน ยกเว้นตัวต้านทานแบบฟิล์มโลหะและโลหะผสม ตัวต้านทานของวัสดุอื่นได้รับผลกระทบจากออกซิเจนในอากาศ ผลของการเกิดออกซิเดชันคือความต้านทานที่เพิ่มขึ้น ยิ่งชั้นฟิล์มต้านทานยิ่งบางลง ผลของการเกิดออกซิเดชันก็จะยิ่งชัดเจนขึ้น
มาตรการพื้นฐานในการป้องกันการเกิดออกซิเดชันคือการปิดผนึก (วัสดุอนินทรีย์ เช่น โลหะ เซรามิก แก้ว ฯลฯ) การใช้วัสดุอินทรีย์ (พลาสติก เรซิน ฯลฯ) สำหรับการเคลือบหรือการปลูกไม่สามารถป้องกันชั้นป้องกันจากการเป็นความชื้นได้อย่างสมบูรณ์-ซึมผ่านหรือระบายอากาศได้ แม้ว่าจะสามารถชะลอการเกิดออกซิเดชันหรือดูดซับก๊าซได้ แต่ก็จะนำนวัตกรรมใหม่ๆ ที่เกี่ยวข้องกับชั้นป้องกันสารอินทรีย์มาด้วย ปัจจัยความชรา
(5) อิทธิพลของชั้นป้องกันอินทรีย์
ในระหว่างการก่อตัวของชั้นป้องกันอินทรีย์ ไอระเหยหรือตัวทำละลายของโพลิคอนเดนเสชั่นจะถูกปลดปล่อยออกมา กระบวนการบำบัดความร้อนทำให้ส่วนหนึ่งของสารระเหยกระจายเข้าสู่ตัวตัวต้านทาน ทำให้ค่าความต้านทานเพิ่มขึ้น แม้ว่ากระบวนการนี้จะใช้เวลา 1 ถึง 2 ปี แต่เวลาที่จะส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อค่าความต้านทานคือประมาณ 2 ถึง 8 เดือน เพื่อให้มั่นใจในความเสถียรของค่าความต้านทานของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ควรทิ้งผลิตภัณฑ์ไว้ในคลังสินค้าเป็นระยะเวลาหนึ่งก่อนออกจากโรงงาน
(6) ความเสียหายทางกล
ความน่าเชื่อถือของตัวต้านทานขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกลของตัวต้านทานเป็นส่วนใหญ่ ตัวตัวต้านทาน ฝาปิดตะกั่ว และลวดตะกั่วควรมีความแข็งแรงทางกลเพียงพอ ข้อบกพร่องในตัวฐาน ความเสียหายต่อขั้วตะกั่ว หรือการแตกหักของตะกั่วอาจทำให้ตัวต้านทานทำงานล้มเหลว