pct高压蒸煮试验有结露现象，不能加偏压，故需要进一步改进加速试验。hast就是为代替传统的温度/湿度试验而开发的方法，目前在微电路及半导体分析中已得到广泛的应用。
本文将hast应用于电阻失效机理的研究和耐湿热性能的评估中，展示了hast在电阻失效分析中的实践应用，为电阻的工艺改进及可靠性检验提供了一套快速、有效的测试方法，对电阻品质的改善与提升具有一定的指导意义。
分析背景
某产品客户端失效，经测试发现为电阻开路所致。电阻规格：348kω±0.1%，额定功率：0.1w。电阻命名如表1。
厂商 a b
电阻 不良品 正常品 同批次
未使用品
同料号
比对品
命名 a-ng a-ok a-原材 b-原材
分析原因
外观观察
先用实体显微镜(olympus sz61tr)对电阻保护层进行外观观察，如图1红色框起处，a-ng陶瓷基体外露，保护层未覆盖至边缘。再用sem(hitachi s-3400n)对a-ng、a-ok边缘保护层形貌进行放大观察，如图1a、1b所示，a-ng保护层边缘疏松粗糙。
去除保护层
先用有机溶剂去除电阻保护层，再用金相显微镜(olympus bx51m)进行观察。如图2a黄框所示，a-ng边缘位置金属膜缺失，用万用表对缺失膜两端进行电性确认显示开路，故电阻失效的原因为金属膜缺失所致。如图2b所示，a-ok金属膜完整，未见明显异常。
原因探讨
电阻是导体的一种基本性质，与导体的材料、长度、横截面积和温度有关。当阻值为r时，可用公式r=ρl/s表示，其中l、s分别表示导体的长度和截面积;ρ表示导体的电阻率，对某一电阻器而言，l、ρ是已经确定的，阻值随着s的变化而改变。金属膜缺失使电阻s变小，从而导致电阻阻值偏大或开路。
金属膜缺失原因主要有：
(1)使用过程中过电应力致使金属膜熔损。(2)因湿热、环境或电流(电压)等因素，使原本存在的金属膜遭受电解反应而破坏、消失，此现象称之为电蚀。
机理研究
为进一步厘清失效真因和机理，模拟不同条件下的失效现象，论证失效机理。
(1) eos试验
采用直流电源供应器(chroma 62024p-600-8)进行测试，测试电压分别为600v、1000v，持续时间(5±1)s。
(2) hast试验
采用高加速寿命试验箱(hirayama pc-422r8d)进行测试，测试条件：温度130℃、湿度85%rh、真空度0.12mpa、偏压10v、时间96h。测试标准：jesd22-a110e。hast的目的为评估电阻在高温、高湿、偏压的加速因子下，保护层与金属膜对湿气腐蚀抵抗的能力，并可缩短器件的寿命试验时间。
试验条件及结果见表2，eos、hast试验后电阻均出现阻值偏大或开路的现象。
试验 实验条件 试验结果 影响因素
eos 600v 阻值偏大 过电应力
1000v 开路 过电应力
hast 130℃/85%rh
/0.12mpa/10v/96h
阻值偏大、开路 高温、高湿、偏压
图3为试验不良品去除保护层图片，如图3a、3b所示，eos试验不良品金属膜均有不同程度的熔损，电压越大膜熔损越严重，阻值变化越大甚至开路，此现象与a-ng金属膜缺失现象不同。如图3c所示，hast试验不良品可见电阻边缘位置金属膜缺失，与a-ng失效现象一致，失效机理为电阻在高温、高湿、直流负荷的作用下发生电蚀。
电蚀失效主要以薄膜电阻为主，常见的失效机理有2种：(1)在金属膜沉积后，印刷保护层之前这段时间有杂质污染，成品通电时造成电蚀。(2)保护层有外伤或覆盖不好，杂质和水汽进入导致电蚀。
为进一步研究失效机理，寻求改善方向，对以上2种失效机理进行深入探讨，选取a-原材、b-原材进行结构分析与比对。图4为电阻的结构图，电阻的金属膜是以ni-cr合金溅镀沉积而成的薄膜，基板为氧化铝，保护层材料为环氧树脂。
杂质污染检测
当陶瓷基体及金属膜中含有k+、na+、ca2+、cl-等杂质时，电解作用加快，阻值迅速增加，失效速度加快。为验证a-ng金属膜表面有无杂质污染，对去除保护层后的金属膜进行edx(horiba ex-250)成分分析，如图5a、5b分别为缺失膜与正常膜区域的元素检测结果，后者可见金属膜ni、cr元素，未发现k+、na+、ca2+、cl-等杂质元素，排除金属膜表面杂质污染导致电蚀的猜测。
电阻保护层剖析
保护层外观形貌观察
用sem对a-原材、b-原材保护层形貌进行观察，如图6a红色箭头所示，a-原材保护层表面有大量孔洞。如图6b所示，b-原材保护层表面均匀致密。
电阻保护层表面结构观察
金属膜缺失位于边缘位置，对电阻去除正面端电极后观察其边缘结构。如图7a红色框所示，a-原材边缘陶瓷基材外露。比对可知：a-原材、b-原材保护层边缘结构设计不同，后者边缘保护更充分。
电阻保护层内部结构观察
对电阻进行微切片制样，用sem观察保护层内部微观结构，再进行eds成分分析。如图8a，a-原材保护层中间与两端厚度差异明显，中间局部可达62.64um，两端厚度在10.58um~19.19um之间，内部填充物颗粒粗大，其主要成份为c、o、mg、si。如图8b，b-原材保护层相对较薄，中间与两端无明显差异，厚度约为32.75um，可见不同组分的两层结构，填充物颗粒细小，其主要成份分别为c、o、al、si和c、o、mg、al、si、cr、mn、cu。比对可知：a-原材保护层边缘薄，且填充颗粒粗大，水汽易侵入，与失效发生在边缘位置的现象相符。b-原材保护层结构致密，且两层结构可更好的保护金属膜免遭湿气的侵入。
电阻hast能力比对
选取a-原材、b-原材各10pcs进行hast试验，比对不同厂商电阻耐湿热能力。把电阻焊接在测试板上，然后插入hast试验箱，设置条件：130℃/85%rh/
0.12mpa/10v/96h。规格要求试验前后电阻的阻值变化率(δr/r)≤±(0.5%+0.05ω)。测试结果如图9所示，a-原材δr/r皆超出规格，其中1pcs测试开路，b-原材δr/r皆满足规格要求。测试结果表明，a-原材耐湿热能力差，其结果与保护层比对结果相对应。a-原材保护层存在孔洞及边缘保护不到位等缺陷，在高温、高湿的环境条件下，金属膜容易被湿气侵入，在电负荷作用下发生电蚀，从而导致阻值漂移或开路。
本文从电阻失效分析着手，通过试验模拟探寻失效机理，并通过不同厂家电阻比对寻求改善方向，得出如下结论：
结论
1) 电阻失效的原因为金属层缺失所致。
2) eos、hast试验结果显示：a-ng失效现象与hast试验失效样品一致。失效机理为电阻在高温、高湿、直流负荷的作用下发生电蚀。
3) 对a-ng缺失膜与正常膜区域成份进行检测，未发现k+、na+、ca2+、cl-等杂质元素，排除金属膜表面杂质污染导致电蚀的猜测。
4) 对比a、b厂商电阻，a厂商电阻保护层存在空洞及边缘保护不到位等缺陷，容易被湿气侵入。通过hast比对电阻耐湿热能力，进一步印证以上结论。为有效的提高电阻的耐湿热性能，建议从电阻保护层的工艺、厚度以及材质方面加以改善：a.选择填充颗粒细小的材料，减少湿气进入通道;b.调整保护层的厚度，使中间与边缘厚度相对均匀;c.使用耐湿热的保护材料。