随着电子产品的小型化以及表面贴装技术（SMT）的普及，片式膜固定电阻器已逐步取代传统的插件电阻器，成为现代电子电路设计中不可或缺的基础元件。它们广泛应用于汽车、航空航天、船舶等领域，承载着提高设备集成度与可靠性的关键任务。然而，随着这些电阻器在各种工作环境中的广泛应用，硫化腐蚀导致的失效问题逐渐成为影响其可靠性的重要因素，尤其是在潮湿或含硫环境下。

二、失效样品分析

1. 样品概况

近期，我国某重要型号电源设备中的一只1608型片式膜固定电阻器（标称阻值10KΩ）发生了失效。该电阻器在经过多年正常使用后，出现了阻值异常增大的现象，从正常的10KΩ增大到110KΩ至300KΩ之间，导致整机出现了故障。

2. 外观检查与阻值测量

使用45倍光学显微镜对失效电阻器的外观进行观察（如图1所示）。电阻器表面无烧蚀、断裂等明显的机械损伤，电极与玻璃釉层完好，排除了外力导致损坏的可能。接着，使用Agilent 34401A数字多用表对其阻值进行测量，结果显示阻值显著增大，进一步确认电阻器已发生失效。

3. 显微结构与成分分析

为了深入了解失效原因，采用扫描电子显微镜（SEM）观察电阻器的微观形貌。图2显示，在电阻器电极与保护玻璃搭接处，出现了明显的异常物质。通过能谱分析，进一步确认这些异常物质为硫化银（Ag₂S），证实了电阻器导电银层的硫化腐蚀现象。

三、片式膜固定电阻器的结构及失效机理

片式膜固定电阻器主要由以下几个部分组成：

1. 电阻体：提供电阻器的目标阻值，起到阻值控制作用。

2. 电极结构：包括内电极、镍层和锡铅层。内电极通常使用银或银钯合金，与电阻体接触，起到导电作用。

3. 封装材料：保护玻璃釉或环氧树脂封装，防止环境对电阻器的腐蚀。

4. 载体：由96%氧化铝陶瓷基板组成，提供机械支撑。

在这次失效中，关键问题出在内电极银层。该银层在潮湿或含硫环境中与外界腐蚀物反应，生成硫化银，导致电阻器的导电性能丧失，最终表现为阻值增大。

四、电化学机理分析

1. 导电银层的非工作条件腐蚀机理

在非工作环境下，电阻器导电银层容易受到外界环境的腐蚀，特别是在潮湿环境中，银表面会与空气中的硫化氢（H₂S）或二氧化硫（SO₂）反应，生成硫化物。这些反应通过以下电化学反应进行：

$\text{Ag} + H_2S \rightarrow \text{Ag}_2S + H_2$Ag+H2S→Ag2S+H2

此外，在潮湿空气中，硫化氢与银表面的氧化物形成硫化银。反应方程式如下：

$2\text{Ag} + \text{SO}_2 + 2\text{H}_2O \rightarrow \text{Ag}_2SO_3 + 2\text{H}_2$2Ag+SO2+2H2O→Ag2SO3+2H2

这些反应使得导电银层的结构疏松，电导性降低，进而导致电阻器的阻值增大。

2. 导电银层的工作条件电化学腐蚀机理

当电阻器处于工作状态时，导电银层的腐蚀问题更加严重。在通电过程中，银原子失去最外层电子，变成银离子（Ag⁺），而外部电场促使这些银离子与硫化物发生反应，生成硫化银（Ag₂S），进一步加剧腐蚀过程。具体反应为：

$\text{Ag} \rightarrow \text{Ag}^+ + e^-$Ag→Ag++e−

由于银具有较高的电极电位（+0.799V），它能较容易地从环境中的硫化物中获得电子，转化为稳定的硫化银，从而导致电阻器的导电层失效。

五、失效案例分析与讨论

通过对失效样品的分析，发现电阻器内电极的银层与外界环境中的水汽、硫化氢（H₂S）和二氧化硫（SO₂）发生了电化学反应，生成了硫化银（Ag₂S）。这种腐蚀使得银层的电导性能大幅下降，最终导致电阻器的阻值显著增大。这一过程揭示了片式膜固定电阻器在潮湿和含硫环境中的失效机理，特别是在长期使用过程中，硫化腐蚀逐渐积累，导致电阻器失效。

六、结论与建议

片式膜固定电阻器的硫化失效问题，特别是在潮湿、含硫环境中，已经成为影响其可靠性的关键因素。通过电化学机理分析，可以更深入地理解硫化腐蚀的发生过程。在实际应用中，为了提高电阻器的可靠性，应采取以下措施：

1. 优化材料选择：对于高可靠性要求的应用，应选用抗硫化性更强的金属材料，如金或钯合金。

2. 改进封装设计：通过改进电阻器的封装材料和工艺，减少环境对电极层的腐蚀影响。

3. 工作环境控制：在高湿度或高硫化气体的环境中使用时，应增加防腐蚀保护措施，或者选择抗硫化能力更强的电阻器。

通过这些措施，可以有效降低硫化腐蚀带来的失效风险，提高片式膜固定电阻器的长期可靠性，确保在航空、航天、汽车等重要领域中的应用安全。