：热敏电阻是指阻值随温度的改变而发生显著变化的敏感元件，除此之外，还具有体积小、反应快，使用起来更便捷等优点，因此被大范围的应用于工业、农业、交通运输等领域，解决各种技术问题。本文主要介绍热敏电阻在家电领域的应用及失效案例分析，热敏电阻为家电主控板的核心器件，此器件失效会直接引发主控板功能错乱或者直接停机。因此，研究此元件的失效原理及可靠性提升方案，对家电常规使用的寿命起到关键的作用，同时对其他电子元器件的失效研究也起到借鉴作用。

  热敏电阻是电器类物料的通用元件，主要是通过感受气温变化变换阻值，并将阻值传递给主机，主机执行相关的指令。例如热敏电阻感受到环境和温度升高，会以阻值变化的方式通知到主控部件，主控部件通过相关指令来阻止这种变化。如果热敏电阻感知的温度不准确，那么主控部件给出的指令也是错乱的，所以研究热敏电阻的失效模式至关重要。

  热敏电阻的常见失效现象主要是阻值问题，例如阻值小（短路），阻值大（开路）。常见热敏电阻结构如图1 所示。

  如果热敏芯片与杜美丝接触不良，存在缝隙则会表现出阻值大；如果晶圆与其他导体之间并联，根据电阻并联后阻值变小的原理，此种情况热敏电阻反映出来的阻值偏小。

  热敏电阻晶圆前后两个面镀有金属电极，如图2 白域，此电极为银(Ag) 材质，具有非常好的导电性、延展性和导热性，是高精度产品上常用的导电材料[1-2]。

  在实际应用中，电阻值小/ 失效品主要体现为黑色晶圆表面发白，有一层雾状物质，如图3。

  将玻壳剖开，检测雾状物质，发现了大量的Ag离子，与电极表面材质一致，同时晶圆中不含有Ag元素（图4），说明芯片两侧的导电物质Ag 发生了迁移现象，在芯片侧面形成了并联电阻，造成了整体电阻值下降，导致阻值变小。

  银迁移过程：电压和湿度是银迁移的两个必要条件，但是实际使用中通电是没办法避免的；使用环境方面，部分产品使用环境较潮湿，统计失效产品全使用在潮湿环境中。

  电迁移是由于电流使离子在导体中流动。当关闭施加电压后，离子进行随机热扩散。离子的迁移受温度、电压梯度和电极之间的距离影响。在混合厚膜封装中，其它被认为最重要的迁移参数是导体的组成、环境湿度水平和密封剂的类型。电子元件的迁移根据发生环境的不同有两种形式。电迁移是一种涉及在相比来说较高温度(150 ℃ ) 的干燥环境中发生电子动量传递的固态迁移。

  另一方面，离子迁移发生在周围温度小于100 ℃的潮湿环境中。厚膜系统中离子迁移是最常见的失效模式，每当绝缘体分开的导体从周围环境获取足够多的水分。通过一系列的实验，确认在跨介质结构中银的离子迁移是最主要的失效模式。

  银的表面迁移是一个电化学过程。当银在高湿条件和外加电场下与绝缘体接触，它以离子的形式离开初始位置并重新沉积到另一个地方。电解迁移可以被看作三个步骤，包括：电解、离子迁移和电沉积。银离子的迁移机制可以解释如下。

  2) 氢离子迁移到阴极释放出氢气，氢氧根离子与银离子在阳极相遇并形成胶体沉淀:

  所以本次的银迁移应为离子迁移，唯一避免产生迁移的方式只有阻止水汽进入晶圆周围。

  从产品结构方面分析，晶圆通过杜美丝连通，表面玻壳封装。此种结构较为成熟，如进行结构更改较为复杂，需要经过多重验证。从产品防水方面研究，在产品表面增加防水涂层，防止水汽进入玻壳内部是最优的解决方案。此防水涂层要具有与玻璃、金属等粘结力高，断裂伸长率高。

  此处以硅胶为例，相比增加前后耐久性提升情况：将涂覆硅胶和未涂覆硅胶的产品全部使用环氧树脂封装完毕之后，放入同一环境水中（水温100 ℃），通上5 V 电压，每隔5 天（120 h）测试一次热敏电阻性能，发现改善前产品水煮360 h 之后开始失效，而改善后产品水煮1 200 h 之后才失效。两种状态产品常规使用的寿命差异较大。可见，此种在热敏电阻玻壳表面含浸防水涂层可以轻松又有效提高产品密封性。

  空调上使用的热敏电阻还有另外一种即检测排气温度的热敏电阻，此种电阻要求耐高温，其引出线与热敏电阻之间采用焊锡焊接，但是引线需要用耐高温引线，且使用环境也较潮湿。失效原因较多的主要为内部焊锡金属迁移。客户使用失效产品实物如图6，两个引线之间的金属物质为云状分布，是迁移的典型特性。但同时又存在点状分布，迁移物质测试含有C、O、Sn，分析为焊锡附着在电线绝缘皮上，受潮后金属离子朝着周围生长，最终将两根电线连在一起形成值小。

  对以上分析结论实验验证，电线残留点状焊锡，水煮一段时间后，电线绝缘皮表面长出导电物质（图8），同时热敏电阻阻值偏小。测试电线 导电物质检测

  2.2 可靠性提升方案热敏电阻引线电线残留助焊剂及锡渣需要重点清洗。①焊锡炉的改善优化，可参考波峰焊内部的锡炉的工作方式，确认焊锡保持流动状态，已彻底杜绝表面焊锡氧化层残留。②浸锡后使用有机溶剂清除电线表面助焊剂，减少助焊剂残留。通过实验对比，改善后产品在同等条件下 常规使用的寿命较之前有很大提升。③增加环氧树脂封装长度，阻隔水汽进入。

  由于热敏电阻芯片与杜美丝引线接触为非间接接触，非焊接式接触，如杜美丝受力不均或受力较小即出现接触不良情况，表现为开路（图10）。

  4 结语本文从热敏电阻实际应用失效问题出发，阐述了热敏电阻失效的两种形式：银迁移和焊锡迁移，并对其失效机理研究，提出改善方案。从解决根本问题出发，对使用环境及产品结构详细分析，从产品结构和生产的全部过程方面优化改善，来提升产品的可靠性，逐步提升整机的使用稳定性。

  通过对热敏电阻失效问题的研究，阐明了一种分析思路：即首先要了解元件的应用环境、元件结构，然后深入挖掘问题产生的根源。从管理思路向技术思路转变，从器件结构优化上提升产品质量。

  [2] 林晓玲,黄美浅,章晓文.热敏电阻测量法的研究[J].电子科技类产品可靠性与环境试验,2004(1):39-42.（本文来源于《电子科技类产品世界》杂志2021年1月期）

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