Ni薄膜热敏电阻失效机理研究

　　一、引言

　　Ni薄膜热敏电阻是我们研制开发的一种新型的热敏元件，其结构如图1所示。

　　元件为三层结构，即基底、热敏膜、包封层。基底采用机械强度高、化学性质稳定、耐高温、绝缘性能好的聚酞亚胺材料;热敏膜为非贵金属Ni，采用高频贱射法制备;包封层也采用聚酞亚胺;电极采用Ag丝。由于采用了柔性的基底和包封层材料，使热敏电阻便于粘贴到被测物体表面，所以该元件特别适用于狭小空间和不规则物体表面的测温。是一种有广泛应用前景和发展前途的新型热敏元件。

　　在研制过程中为提高元件的可靠性，进行了可靠性试验，由可靠性试验数据得出Ni薄膜热敏电阻的失效模式，并对失效机理进行了分析。

　　二、Ni薄膜热敏电阻制备工艺

　　图2为Ni薄膜热敏电阻制备工艺流程:

　　三、Ni薄膜热敏电阻失效模式

　　通过对Ni薄膜热敏电阻可靠性试验数据进行分析，得出其失效模式及分布如下表所示。

　　四、Ni薄膜热敏电阻失效机理分析

　　由Ni薄膜热敏电阻结构特点，可以将它看成由Ni热敏膜、引线系统和包封系统组成。其可靠性框图为图3，失效机理分析也将按这三个方面进行。

　　1.热敏膜失效机理分析

　　Ni热敏膜失效和膜层中的内应力、膜层与基片的附着力及膜的表面状态等因素有关。主要模式为膜起皱开裂、膜脱落和膜性能恶化。

　　(1)内应力对热敏膜性能的影响内应力包括热应力S_T和本征应力S₁。热应力是由于基片和薄膜热膨胀系数失配而产生的。它可表示为:

　　本征应力S，全部是在薄膜生长过程中产生的，由薄膜的微观结构和缺陷等因素决定，它的大小及性质决定于薄膜内部缺陷的种类、数量、分布以及它们之间的相互作用。对于我们研制的元件，由于聚酞亚胺的热膨胀系数(气)大于镍的热膨胀系数(价)，成膜时基片温度高于20。℃，△T>0，所以S_T<0，热应力呈压应力。

　　Ni热敏膜中的内应力是热应力ST和本征应力S，的综合作用结果，由于ST<0，所减少内应力应使S1>0，即使本征应力Sl呈张应力，适当控制工艺条件(如:基片温度、膜厚、贱射气压、热处理温度等)可使内应力很小，如果工艺控制不当，薄膜内应力很大，呈压应力或张应力。压应力使热敏膜起皱、卷曲;张应力使热敏膜开裂，严重时引起电阻开路。

　　(2)膜与基片的附着力对热敏膜性能的影响附着力反映了薄膜与基片间的相互作用以及薄膜的附着性。影响它的因素很多，主要有:基片的表面状态、基片材料的性质、溅射工艺条件等。