一种用于片式薄膜电阻的失效定位方法和装置与流程

文档序号:25999255发布日期:2021-07-23 21:15阅读:187来源:国知局
一种用于片式薄膜电阻的失效定位方法和装置与流程

本发明涉及元器件失效分析技术领域,尤其涉及一种用于片式薄膜电阻的失效定位方法和装置。



背景技术:

片式薄膜型电阻是在混合电路小型化和智能化发展的需求上应运而生的产物,是在矩形的al2o3基片上,涂敷氧化钌、镍铬合金等电阻层,两端制成ag/ni/sn-pb等与外部相连的端电极的结构。薄膜电阻的基体为al2o3陶瓷基体,电阻层表面有一层保护层:玻璃釉,玻璃釉上为树脂等二层保护层。

陶瓷材料是在650℃左右高温烧结而成,玻璃釉材料要在更高的温度下还原成型,所以这两种封装材料没有较好的去除方法,目前在国内检测机构中对片式薄膜电阻进行缺陷定位主要是采用制样镜检的方法,要对样品进行制备、研磨以找到准确的失效部位,然而一旦研磨压力过大或研磨时间过长,将可能破坏失效点。这种盲目的研磨,很容易因研磨控制不当导致整个失效分析试验失败。



技术实现要素:

鉴于上述的分析,本发明旨在提出一种用于片式薄膜电阻的失效定位方法和装置,以提高检测效率。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的:

第一方面,本发明实施例提供了一种用于片式薄膜电阻的失效定位方法,包括:

确定电阻的失效模式,所述失效模式为开路、参数漂移或短路中的任一个;

获取电阻膜的图像数据;

根据所述失效模式和所述图像数据,确定电阻膜的缺陷和疑似缺陷;

根据所述疑似缺陷,确定切片位置;

根据所述切片位置,制备得到所述电阻的金相切片,并对所述金相切片进行检测。

进一步地,除去样品表面的外层保护层,并利用显微镜对除去外层保护层的电阻进行观测,得到第一图像数据和第二图像数据;

所述第一图像数据为所述失效模式对应的特征图像,用于表征电阻膜烧毁、明显的电阻膜缺损或脱落、电阻膜与表电极有明显断开中的一个或多个;所述第二图像数据为所述疑似缺陷对应的特征图像,用于表征电阻膜上有异物、电阻膜上疑似腐蚀、电阻膜上疑似银迁移、电阻膜疑似退化以及电阻膜变色中的一个或多个。

进一步地,利用刀片刮去所述外层保护层。

进一步地,根据所述失效模式和所述第一图像数据,确定所述电阻膜的缺陷;

根据所述失效模式和所述第二图像数据,确定所述电阻膜的疑似缺陷。

进一步地,将所述电阻灌封于环氧树脂内,所述环氧树脂呈无色透明状;

根据所述切片位置,切割所述灌封后的电阻并避开所述疑似缺陷;对所述疑似缺陷对应的切割面抛光,得到所述金相切片。

进一步地,根据所述疑似缺陷,确定研磨距离;

根据所述研磨距离,确定所述切片位置。

进一步地,将所述电阻灌封于环氧树脂内,所述环氧树脂为无色透明;根据所述切片位置,切割所述灌封后的电阻并避开所述疑似缺陷;

根据所述预设的研磨距离,对所述疑似缺陷对应的切割面研磨并抛光,得到所述金相切片。

第二方面,本发明实施例提供了一种用于片式薄膜电阻的失效定位装置,所述装置包括:检测单元、数据获取单元、数据处理单元和金相切片单元;

所述检测单元用于确定电阻的失效模式,所述失效模式为开路、参数漂移或短路中的任一个;

所述数据获取单元用于获取所述电阻膜的图像数据;

所述数据处理单元用于根据所述失效模式和所述图像数据,确定电阻膜的缺陷和疑似缺陷;根据所述疑似缺陷,确定切片位置;

所述金相切片单元用于根据所述切片位置,得到金相切片,并对金相切片进行观测和分析。

进一步地,所述数据获取单元用于采集利用显微镜对去除外层保护层的电阻进行观测得到的第一图像数据和第二图像数据;

所述第一图像数据为所述失效模式对应的特征图像,用于表征电阻膜烧毁、明显的电阻膜缺损或脱落、电阻膜与表电极有明显断开中的一个或多个;所述第二图像数据为所述疑似缺陷对应的图像,用于表征电阻膜上有异物、电阻膜上疑似腐蚀、电阻膜上疑似银迁移、电阻膜疑似退化以及电阻膜存在变色中的一个或多个。

进一步地,所述数据处理单元用于根据所述失效模式和所述第一图像数据,确定所述电阻膜的缺陷;根据所述失效模式和所述第二图像数据,确定所述电阻膜的疑似缺陷。

本发明技术方案的有益效果:

通过去除电阻的外层保护层,即二层保护层,能够通过透光的一层保护层如玻璃釉全面直观地观测电阻膜形貌,以及电阻膜是否存在损伤、裂纹、观测调阻情况,从而快速确定电阻膜上是否存在缺陷(第一图像数据),而不需要制样和研磨;或确定是否存在疑似缺陷(第二图像数据),根据电阻膜上的疑似缺陷,确定切片位置,以便于在制作金相切片过程中预留足够的研磨距离。足够的研磨距离可以避免由于不确定缺陷位置或疑似缺陷位置而导致研磨过程中缺陷、疑似缺陷消失或部分消失,从而避免缺陷定位失败。此外,还可以根据研磨距离精确地控制研磨时间,以提高检测效率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分的从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本发明的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例提供的一种用于制备金相切片的试样的结构示意图;

图2为本发明实施例提供的利用刀片刮去外层保护膜的方法;

图3a为实施例1电阻中缺陷的示意图(侧视图);

图3b为实施例1电阻中缺陷的示意图(俯视图);

图4为实施例2电阻中缺陷的示意图(俯视图);

图5为本发明实施例提供的一种用于片式薄膜电阻的失效定位装置的结构示意图。

附图标记

01-氧化铝基板,02-表电极,03-背电极,04-电阻膜,05-一层保护层(玻璃釉),06-二层保护层(外层保护层),07-内电极,08-一层电镀,09-二层电镀,010-刀片,a-实施例1中的缺陷,b-实施例2中的缺陷。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理,并非用于限定本发明的范围。

在金相切片分析过程中,现有技术需要先将电阻垂直设置于注塑模杯底座,使得样品研磨后观测到的电阻整体剖面如图1所示。之后在注塑模杯中,将电阻灌封于环氧树脂与固化剂的混合溶液中,待溶液固化后得到试样,将该试样逐渐研磨制成金相切片,得到如图1所示电阻切片。由于预先无法得知缺陷位置,需要制备金相切片并进行观测的样品的尺寸通常近似于整个电阻。因此,现有技术在金相切片分析过程中通常需要研磨近乎整个电阻来确定缺陷,这极大增加了该过程的时间以及大概率出现缺陷消失或部分消失的情况。其中,片式薄膜电阻包括:电阻膜04以及沿远离电阻膜04上表面方向依次设置的一层保护层(玻璃釉)05和二层保护层(外层保护层)06,其中,一层保护层为无色透明的材料,如玻璃釉,一层保护层能够覆盖住电阻膜的主要工作区域,以防止水汽或其他杂质入侵电阻膜。二层保护层镀在一层保护层表面,以辅助一层保护层起到更好地有益效果,并便于电阻型号标记的打印。片式薄膜电阻还包括氧化铝基板01,表电极02,背电极03,内电极07,一层电镀08,二层电镀09,从内向外,内电极07,一层电镀08和二层电镀09依次设置。

为了解决上述问题,本发明实施例提供了一种用于片式薄膜电阻的失效定位方法,包括:

步骤1、确定电阻的失效模式。

在本发明实施例中,片式薄膜电阻的失效模式为开路、参数漂移和短路中的任一种。例如,开路对应的缺陷包括:电阻膜烧毁或大面积脱落,基体断裂,端电极与电阻膜分离,其缺陷位置分别在电阻膜、基体、端电极与电阻膜之间。参数漂移对应的缺陷包括:端电极与电阻膜接触不良,保护涂层不良、基体有可动钠离子等造成的电阻膜缺陷或退化,其缺陷位置分别在端电极与电阻膜之间、电阻膜;短路对应的缺陷包括银迁移,其缺陷位置通常在电阻膜。

步骤2、获取电阻膜的图像数据。

在本发明实施例中,图像数据分为两种,一种是失效模式对应的特征图像,记做第一图像数据,一种是疑似缺陷对应的图像,记做第二图像数据。其中,第一图像数据为失效模式对应的特征图像,用于表征电阻膜烧毁、电阻膜缺损或脱落、电阻膜与表电极断开中的一个或多个;第二图像数据为疑似缺陷对应的特征图像,用于表征电阻膜上有异物、电阻膜上疑似腐蚀、电阻膜上疑似银迁移、电阻膜疑似退化以及电阻膜变色中的一个或多个。

如图1所示,一层保护层05通常为透明的玻璃釉,玻璃釉上面设置有外层保护层,即二层保护层06,下面为电阻膜04。因此,在本发明实施例中,先除去外层保护层,再利用显微镜获取电阻膜04的图像。

具体地,片式电阻玻璃保护层一般为透明体,比较坚硬,外层保护层一般为有机材料,当失效样品允许时,利用机械方法去除外层保护层。例如,如图2所示,将刀片010倾斜,使其与外层保护层的最小夹角在30°到70°之间。利用刀片010的刀刃刮去外层保护层,以避免对玻璃釉表面造成损伤,从而影响后续观测。然后利用显微镜观测电阻膜内部变化,是否存在断裂、杂质以及电阻膜特性改变等。

一层保护层05在制作或使用过程存在暴露下层电阻膜的可能,在上述情况下,能在显微镜下观测裸露部分异常,在显微镜无法确认电阻膜异常的具体失效机理时,可以利用扫描电子显微镜对异常部位放大至几万倍情况下进行观测,并利用能谱分析仪确定异常部位的成份,从而判断电阻膜04的裸露部分是否存在腐蚀、烧毁、异常杂质等缺陷。上述方式不需要对裸露部分进行切片,就能确定电阻膜04是否存在缺陷,因而提高了检测效率。

步骤3、根据失效模式和图像数据,确定电阻膜的缺陷和疑似缺陷。

在本发明实施例中,根据失效模式和第一图像数据,确定电阻膜的缺陷。根据失效模式和第二图像数据,确定电阻膜的疑似缺陷。例如,确定当前失效模式为开路,如果观测到电阻膜烧毁或大面积脱落,则可以判定开路就是电阻膜烧毁或大面积脱落造成的。如果观测到有异物或变色,但无法确定异物或变色的具体来源,此时确定有异物的区域或变色区域为疑似缺陷。

步骤4、根据疑似缺陷,确定切片位置。

在本发明实施例中,确定切片位置主要有三种用途:

1)切片时避开疑似缺陷,以防止缺陷部分消失或全部消失。

2)根据切片位置,研磨以制作金相切片时,到达疑似缺陷部位前可持续研磨,不需要边研磨边观察是否到达疑似缺陷。即只对含有缺陷的部分进行观测,以最大限度地排除没有缺陷的部分,从而提高检测效率。

3)预留足够研磨距离,从而精确地控制研磨时间,以进一步提高检测效率。例如,如果不知道研磨距离,就需要检测人员边研磨边观察,以防止缺陷被研磨掉。如果知道研磨距离,检测人员不需要观察,直接研磨就可以了。

步骤5、根据切片位置,灌封电阻,并进行切割、研磨得到金相切片,并对金相切片进行检测。

具体地,对于边界明显的疑似缺陷,例如发现电阻膜上有异物,根据异物的位置,切割灌封好的电阻并避开疑似缺陷。如此,只需要对疑似缺陷对应的切割面进行研磨抛光,甚至直接抛光,而不需要对灌封后的整个电阻进行研磨,就可以直接用显微镜观察金相切片上的异物。例如,在发现疑似缺陷较小时,在预留足够的研磨距离后,切割灌封好的电阻。在发现疑似缺陷较大时,可以将疑似缺陷的边界作为切割位置,如此可以对疑似缺陷对应的切割面直接抛光。

对于边界不明显的疑似缺陷,例如发现电阻膜的部分区域变色,变色区域通常很难进行确定,此时根据疑似缺陷的位置,预留研磨距离,并根据研磨距离,确定切片位置。将试样灌封于环氧树脂内,切割电阻并避开疑似缺陷。根据研磨距离,对疑似缺陷对应的切割面研磨并抛光,得到金相切片,再对变色区域进行观测和成份分析。

在本发明实施例中,为了进一步提高检测效率,先采用x射线对电阻内部进行粗检,在确定电阻膜内部以及电阻其他部分是否有明显缺陷后,再对电阻膜进行上述实施例所述的检测,从而防止缺陷漏检的情况。其中,电阻其他部分包括基体内部和端电极,

具体地,如图1所示,利用x射线分别从电阻的上方和侧面进行成像,以得到电阻内部的x光图像。x射线具有穿透性,片式薄膜电阻内部有密度和厚度的差异,当x射线透过片式薄膜电阻内部时,被吸收的程度不同,经过显像处理后即可得到灰度不同的影像。然而,电阻膜的制备过程为原子或分子撞击到基质表面,并被基质表面的原子所吸附,之后被吸附的粒子在基质表面发生迁移或扩散而移动到表面上合适的格点位置并进入晶格。由此可知,电阻膜的组分含量复杂,各组分的结构属于分子或原子级的,x射线的灰度精度有限,故电阻膜的结构改变或微小的裂纹等很难用x线的图像进行表征。因此,x射线只能适用于从整体上对电阻内部进行粗检。而显微镜只能精确的观测电阻膜中的缺陷,而很难对基体、端电极等位置进行精确的观测。因此,对于x射线检测和显微镜检测,两种方法可以互补对方的弱点,从而防止出现漏检缺陷的情况。

需要说明的是,出现在电阻膜以外的缺陷,只有分布在与电阻膜相关的区域才可能造成电阻失效。例如,电阻膜设置在基体的上表面,且只是覆盖基体上表面的部分区域,如果基体中的缺陷不在部分区域的下方,不能认为该缺陷引起电阻失效。

为了说明本发明实施例提供的技术方案的可实施性,给出下述实施例。

对比例1

a.将样品的电阻膜层与剖面垂直放置(即对样品的纵方向进行制样)固化于环氧树脂与固化剂比例为3:1~4:1的混合溶液中;

b.待约4h,环氧树脂固化后,先用400目砂纸进行粗磨,待研磨到内部电阻膜时,再用1200目细砂纸进行纵方向的细磨;

c.在自动研磨机的研磨时间上,每减小5~10秒(即在纵方向上每研磨5~10秒),在体式显微镜和金相显微镜下观测样品内部是否存在裂纹,电阻膜是否存在形态改变,电阻体与表电极是否存在连接异常,内电极与表电极是否存在连接异常等情况,若金相显微镜的放大倍数不足以观测到缺陷时,需用扫描电子显微镜进行放大至数万倍进行观察,并利用能谱分析仪进行电阻体及内电极的成份分析,分析电阻体或表电极是否存在成份特性改变,是否存在与电测试结果相关的缺陷。直至观测到样品剖面存在异常,存在与电测试结果相关的缺陷。缺陷位置与样品制样后在纵方向上距离注模杯底的长度,决定了样品所需的研磨距离与检测时间。

实施例1

步骤s01,对失效电阻进行电测试,确定电阻开路。

步骤s02,利用显微镜检查器件外观,确定电阻外观未出现异常。

步骤s03,利用x射线检查器件内部结构,确定电阻体灰度均匀,无异常。

步骤s04,利用锋利的刀片除去样品表面的二层保护层,刀片需选择表面平滑无破损的刀片,以使刀片去除二层保护层时,不会损伤内部玻璃釉保护膜。

步骤s05,利用体式显微镜、金相显微镜观测电阻二层保护层下的形貌,发现电阻膜与表电极连接处存在表电极断开现象,利用扫描电子显微镜及能谱分析仪对去除二层保护层的电阻进行观测和分析,发现与电阻膜连接附近的表电极存在成份改变,存在腐蚀现象。

步骤s06,观测和分析的结果认为,电阻表电极被腐蚀断开,导致电阻开路。电阻开路位置示意图如图3所示,a处二层保护层与电镀层存在孔隙,浸入水汽等腐蚀气体/液体,最终导致电阻开路。

与对比例1相比,实施例1可以直接利用显微镜等观测设备通过玻璃釉直接观测并确定电阻的缺陷,而不需要制样和研磨,因而提高了检测效率。

实施例2

步骤s01,对失效电阻进行电测试,发现电阻阻值变小。

步骤s02,利用显微镜检查器件外观,以排除电阻外部损伤,未发现器件外观存在异常。

步骤s03,利用x射线检查器件内部结构,未见异常。

步骤s04,利用锋利的刀片除去样品表面的二层保护层,刀片需选择表面平滑无破损的刀片,以使刀片去除二层保护层时,不会损伤内部玻璃釉保护膜。

步骤s05,利用体式显微镜、金相显微镜对去除二层保护层的电阻进行观测和分析,发现器件电阻层存在类似银迁移形貌。

步骤s06,根据显微镜观测的异常形貌位置,确定切片位置为:电阻膜类似银迁移位置,如图4所示,b为发生银迁移时观察到的电阻形貌。

步骤s07,将样品的电阻膜层与所需制备的剖面垂直放置(即对样品的纵方向进行制样)固化于环氧树脂与固化剂比例为3:1~4:1的混合溶液中;根据步骤s06中的切片位置预设研磨距离,切割电阻至接近疑似缺陷,得到试样。

步骤s08,对步骤s07中的试样用1200目细砂纸进行纵方向的研磨,并对研磨后的试样进行抛光,得到金相切片样品。

步骤s09,观察金相切片样品内是否存在与电测试结果相关的缺陷,并利用扫描电子显微镜及能谱分析仪观测并分析类似银迁移位置的成份,发现类似银迁移位置存在与表电极成份相同的金属。

与对比例1相比,实施例2研磨时可以直接研磨疑似缺陷位置,或者直接在体视显微镜、金相显微镜以及扫描电子显微镜下对缺陷位置进行观测,以及进行电阻膜成份分析。

如图5所示,本发明实施例提供了一种用于片式薄膜电阻的失效定位装置,包括:检测单元201、数据获取单元202、数据处理单元203和金相切片单元204;

检测单元201用于确定电阻的失效模式,失效模式包括:开路、参数漂移和短路中的任一个;

数据获取单元202用于获取电阻内部的图像数据;

数据处理单元203用于根据失效模式和图像数据,确定电阻内部缺陷,并标注缺陷位置;

金相切片单元204用于根据标注的缺陷位置,得到金相切片并对金相切片进行观测和分析。

在本发明实施例中,数据获取单元202用于除去样品表面的外层保护层,并利用显微镜对去除外层保护层的电阻进行观测,得到第一图像数据和第二图像数据。所述第一图像数据为所述失效模式对应的特征图像,用于表征电阻膜烧毁、明显的电阻膜缺损或脱落、电阻膜与表电极有明显断开中的一个或多个;所述第二图像数据为所述疑似缺陷对应的图像,用于表征电阻膜上有异物、电阻膜上疑似腐蚀、电阻膜上疑似银迁移、电阻膜疑似退化等变色中的一个或多个。

在本发明实施例中,数据处理单元203用于根据失效模式和第一图像数据,确定电阻膜的缺陷;根据失效模式和第二图像数据,确定电阻膜的疑似缺陷。

具体地,数据处理单元203用于根据失效模式,从第一图像数据中,确定失效模式对应的第一特征图像,第一特征图像包括:基体断裂,表电极腐蚀、断裂中的一个或多个;根据失效模式,从第一图像数据中,确定失效模式对应的第二特征图像,第二特征图像,包括:电阻膜烧毁、电阻膜大面积脱落,电阻膜有缺陷和电阻膜退化中的一个或多个;根据第一特征图像,确定除电阻膜以外的结构的内部缺陷,并标注相应的缺陷位置;根据第二特征图像,确定电阻膜的缺陷,并标准相应的缺陷位置。其中,第一图像数据包括:第一特征图像和第二特征图像。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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