チップ抵抗の故障って何? 症状と原理を分かり易く解説

電子回路になくてはならない小さな部品「チップ抵抗」

こんな小さな部品でも故障してしまうと、電子回路が正常に機能しなくなり、機器本体が動かなくなってしまいます。

チップ抵抗が故障しないことはとても大切なのです。

チップ抵抗の故障としては、硫化が有名ですが、硫化以外にもさまざまな故障モードがあるのです。

走る園児
走る園児

この記事では、硫化故障以外のチップ抵抗で

よく起こる故障モードを原理までわかりやすく解説するよ。

 

こんな方に向けて書きました。
・新人の技術者
・技術者として成長したい方
・技術知識に興味がある方
・チップ抵抗の故障で困っている方

トリミング不良

チップ抵抗の抵抗値を決めている肝(きも)はトリミング溝です。

トリミング溝に異常があると簡単に抵抗値異常になってしまうのです。

チップ抵抗の抵抗値が変化して規格値を超えてしまった場合にチップ抵抗の外観を観察しても異常が認められない場合には、トリミング溝の異常を疑うべきです。

 

トリミング溝に空孔(チップ抵抗の製造不良)

正しく製造されたチップ抵抗のトリミング溝にはコート樹脂と呼ばれる樹脂で埋まっています。

しかし、コート樹脂の塗布工程がマズイ場合、トリミング溝にコート樹脂が埋まらず空孔が残った状態になることがあります。

トリミング溝に空孔が存在していると、チップ抵抗が吸湿し内在するトリミング溝の空孔内に結露水が溜まり、抵抗値が低下してしまいます。

このようなトリミング溝の空孔に溜まった結露水による抵抗低下の不良は、一旦不良になっても正常に戻ったりと症状が安定しないことが特徴です。

症状が安定しない理由は、トリミング溝の空孔に溜まった結露水が乾燥するなど不安定な要素があるためです。

 

走る園児
走る園児

トリミング溝はチップ抵抗の肝なんだよ。

抵抗値に異常がある場合はトリミング溝の異常を疑った方が良いよ

 

トリミング溝に空孔があるかどうかを判断する方法

非破壊で調査する方法としては、X線CTが有効です。

ただし、用いるX線CTの型式や調査するチップ抵抗のサイズによってはX線CTでは空孔が確認できない場合があります。

そのような場合は、破壊調査になります。

破壊調査の方法としては、チップ抵抗の印字面から少しづつ研磨する方法が有効です。

ただし、研磨には技量が求められますので、不安がある場合は、代わりのチップ抵抗を使って練習することをお勧めします。

トリミング後の洗浄不足(チップ抵抗の製造不良)

トリミングは導電物質の抵抗体をレーザーで削って溝をつくり、抵抗値の調節をしていますが、物理的に削るので、どうしても抵抗体の屑がトリミング溝に残ってしまいます。

導電物質の屑がトリミング溝に残っていると、経年によるコート樹脂が吸湿するなどにより抵抗値が低下する場合があります。

このため、チップ抵抗メーカではトリミング加工後にトリミング溝を洗浄していますが、この洗浄に不備がある場合には不具合になってしまう事例があります。

トリミング後の洗浄不良かどうかを判断する方法

トリミング溝を蛍光X線やEDXなどで元素分析を行い、抵抗体の主成分であるRu(ルテニウム)が検出すれば、洗浄不良の可能性が濃厚です。

半田マイグレーション

チップ抵抗の半田マイグレーション(正しくは、Sn(スズ)のイオンケミカルマイグレーションです。)の故障モードは短絡故障(抵抗値低下)です。

電気抵抗が低い半田の金属(主にSn(スズ))の細い道がチップ抵抗の両端子(外部電極)間にできるため、チップ抵抗の抵抗値がほぼ0Ωにまで低下します。

半田のマイグレーションは外部電極間に塩分などのイオン性物質と水分が付着した状態でチップ抵抗に通電することで起こります。

半田のマイグレーションができる原理

イオンケミカルマイグレーションが起こるためには次の3つの条件が揃う必要があります。

イオンケミカルマイグレーション発生の必須条件
1)金属(チップ抵抗の場合は外部電極の半田(Sn))
2)水分(湿気)
3)電界

チップ抵抗を水分(湿度)が多い環境で使用すると、チップ抵抗の表面には極薄い水膜の結露水が付着します。

チップ抵抗が水で覆われることで外部電極の半田(主成分はSn(すず))金属がイオン化します。

Snがイオン化した状態でチップ抵抗に通電するとチップ抵抗両端の外部電極間に電位差(電界)が加わり、プラス側の外部電極周りに存在しているSnイオンがマイナス側の外部電極に移動し、再びマイナス側の外部電極でSn金属として生成されます。

そして、マイナス側の外部電極で生成されたSn金属が少しづつ成長しながらプラス側の外部電極に近づき、最終的にSn金属はプラス側の電極に到達し短絡経路になってしまいます。

半田マイグレーションができる箇所

事例として多いのが、チップ抵抗の側面や裏面です。

特に裏面はチップ抵抗がプリント基板に実装された状態では外観観察を行うことができないので発見が難しい箇所です。

しかし、マイグレーション発生の必須条件である水(結露)が最も生じやすい箇所が裏面であることから、最もマイグレーションの発生確率が高い箇所でもあります。

マイグレーションによる半田(Sn)のショートパスは非常に細く切れやすいことから、裏面を確認しようと高温の半田こてでチップ抵抗をプリント基板から外すようなことは避けなければなりません。

裏面を観察するためにチップ抵抗を取り外す方法は、熱ストレスは加えず機械的(ニッパーやカッターナイフ)で取り外すようにしましょう。

半田マイグレーションをチェックするのに適した道具

チップ抵抗に半田マイグレーションはチップ抵抗の表面、側面、裏面を顕微鏡などで拡大し注意深く観察する必要があります。

昔は顕微鏡はとても高額でしたが、

今は安くて質の高い顕微鏡が多く販売されています。

園児も安価な顕微鏡を愛用しています。

走る園児
走る園児

とても安価で使いやすく、くっきりと観察することができるお勧めの顕微鏡なので、参考までに紹介しますね。

PCに接続して使用するタイプで写真や動画もばっちり撮影することができて、とても重宝しています。

↓園児が愛用している個人用の顕微鏡↓

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