電子產(chǎn)品的腐蝕與防蝕技術(shù)：
摘 要 綜述了電子產(chǎn)品在使用環(huán)境中由各因素導(dǎo)致的腐蝕事例，環(huán)境腐蝕因素的檢測方法、腐蝕環(huán)境的評級，防蝕對策以及模擬環(huán)境中腐蝕性氣體試驗(yàn)方法的IEC、JIS標(biāo)準(zhǔn)方法。
關(guān)鍵詞 電子產(chǎn)品 腐蝕 試驗(yàn)方法 防蝕技術(shù)
Corrosion and Prevent corrosion Technology of
Electrical Products
LiQing
Abstract Summarizeelectronical products corrosive cases resulted in various factorsin use environment,inspection method of environment corrosivefactors,prevent corrosion countermeasure and IEC JIS standardmethod of corrosive gas test in simulated environment .
Keywords Electronical product Corrosion Test method Prevent corrosion technology
1 概述
在情報(bào)、通信、交通、電業(yè)等領(lǐng)域所使用的電子儀器，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)會(huì)對社會(huì)產(chǎn)生巨大影響，因而這類產(chǎn)品應(yīng)具有極高的可靠性。而電子產(chǎn)品的可靠性與壽命受使用環(huán)境的影響很大，若在有腐蝕性氣體、高濕度的環(huán)境使用，則電子產(chǎn)品會(huì)迅速發(fā)生腐蝕，可靠性及壽命會(huì)縮短。為了保持電子儀器的可靠性及長壽命，必須研究環(huán)境中各種腐蝕因素產(chǎn)生的腐蝕行為、開發(fā)使用環(huán)境的腐蝕性等級評價(jià)方法、防蝕技術(shù)以及大氣環(huán)境模擬的加速試驗(yàn)方法。本文著重介紹電子產(chǎn)品所處環(huán)境中各環(huán)境因素導(dǎo)致的腐蝕事例、環(huán)境腐蝕因素的檢測方法、腐蝕環(huán)境的評級、防蝕對策及模擬環(huán)境中腐蝕性氣體試驗(yàn)方法的ISO、IEC、JIS標(biāo)準(zhǔn)方法。
2 各環(huán)境因素導(dǎo)致的腐蝕事例［5］
2.1 大氣環(huán)境因素的種類
2.1.1 溫度
溫度是增進(jìn)腐蝕反應(yīng)的動(dòng)力之一，40℃以下，對腐蝕反應(yīng)速度影響不大，40℃以上稱之為高溫區(qū)的腐蝕反應(yīng)速度大，尤其對銅、銅合金影響大。
2.1.2 相對濕度
相對濕度是左右腐蝕*大的腐蝕因素之一，當(dāng)與其它腐蝕因素協(xié)同作用時(shí)，腐蝕速度增大。而且其它腐蝕因素即使存在但濕度不大時(shí)，腐蝕幾乎不發(fā)生(硫化氫環(huán)境除外)。通常相對濕度在60%左右腐蝕會(huì)增大，相對濕度超過75%腐蝕速度會(huì)急劇增大。
2.1.3 腐蝕性氣體
表1［1］列出了腐蝕性氣體的種類及對金屬腐蝕的影響。
表1 腐蝕性氣體對金屬腐蝕的影響［1］
| 氣體 | 對金屬腐蝕的影響 |
| 二氧 化硫 | *易受腐蝕的是鎳鍍層，變?yōu)榛疑?。?dāng)鎳鍍層作為金、銠、鉻鍍層的基層時(shí)，從上述鍍層的針孔等缺陷處仍會(huì)發(fā)生鎳的腐蝕。此外，還會(huì)對絲繞電阻產(chǎn)生坑蝕、發(fā)生斷線。但上述腐蝕的發(fā)生與相對濕度有關(guān)，低于40%幾乎不發(fā)生腐蝕。 |
硫化
氫 | 對銀、銅及其合金有極強(qiáng)的腐蝕性，既使處于比較低的濕度環(huán)境仍會(huì)發(fā)生腐蝕。此外，接線處、線路板的接插部位的鍍銀處的銀、銅會(huì)發(fā)生遷移、伸須現(xiàn)象。 |
氮氧
化物 | 氮氧化物與大氣中的水生成硝酸對金屬腐蝕，使電子產(chǎn)品表面附著的絕緣阻抗下降。此外，氮氧化物還與紫外線、碳?xì)浠锓磻?yīng)生成臭氧導(dǎo)致橡膠、塑料的老化。 |
鹵素
氣體 | 鹵素氣體、氯化氫的腐蝕性極強(qiáng)，既使很低的濃度也幾乎對所有的金屬腐蝕。銀的腐蝕相對較輕，生成氯化銀(Agcl)，增大接觸電阻。此外，鹵化物既使在較低的濕度下也會(huì)發(fā)生潮解，在電子產(chǎn)品表面易造成污損，從而降低絕緣阻抗，還會(huì)引起橡膠、塑料的老化。 |
| 氨氣 | 腐蝕性較小，但會(huì)導(dǎo)致銅合金的應(yīng)力腐蝕破裂，既使在銅合金上有銀、錫鉛鍍層也不能防止銅合金的應(yīng)力腐蝕破裂的發(fā)生。 |
2.1.4 海鹽微粒
不僅沿海地區(qū)有海鹽微粒，而且由于風(fēng)向、風(fēng)速、天氣等氣象條件的影響，內(nèi)陸地區(qū)也有海鹽微粒。海鹽微粒的主要成分是75%氯化鈉、10%氯化鎂，在20℃時(shí)，這兩者的臨界相對濕度是75%和33%。低于相對濕度發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，會(huì)發(fā)生腐蝕。
2.1.5 塵埃
塵埃中含有硫酸根離子、硝酸根離子、鹽酸根離子等水溶性成分，塵埃附在電子產(chǎn)品機(jī)構(gòu)部位，觸點(diǎn)部位，磁帶及軟盤等磁媒體上，在一定的濕度下將發(fā)生腐蝕并導(dǎo)致絕緣阻抗降低引起誤動(dòng)作。
2.2 腐蝕形態(tài)與事例［4］
電子產(chǎn)品部件所用金屬的種類列于表2［2］，腐蝕形態(tài)與主要環(huán)境因素及發(fā)生源列于表3［2］。表2 電子產(chǎn)品部件所用金屬的種類［2］ |
<DIValign=center> 電子產(chǎn)品 | 金屬材料的種類 |
| 印刷線路板 | Cu、Au、錫鉛合金 |
| 電阻 | 絲繞電阻(鎳鉻、鐵鉻)鎳、錫鉛合金 |
| IC | Al、Cu、Sn、Ag、錫鉛合金 |
| 繼電器 | Sn、Ag、Zn、Ni |
| 連接器 | Ag、Sn、黃銅 |
</DIV> 表3 電子產(chǎn)品的腐蝕形態(tài)［2］ |
<DIValign=center> | 腐蝕形態(tài) | 主要環(huán)境因素 | 發(fā)生源 |
銅、銀的
遷移 | 氮氧化物 | 汽車尾氣、鍋爐、電弧 |
| 硫化氫 | 溫泉地區(qū)、廢水處理廠、橡膠 |
| 氨 | 苯酚樹酯、廢水處理廠 |
| 硫化銀的伸須 | 硫化氫 | 溫泉地區(qū)、廢水處理廠、橡膠 |
| 錫的伸須 | 溫度、相對濕度 |
銅合金的應(yīng)
力腐蝕破裂 | 氨氣 | 苯酚樹酯、廢水處理廠 |
| 甲醛氣體 | 涂裝、絕緣漆、合成板 |
不銹鋼的應(yīng)
力腐蝕破裂 | 海鹽微粒 | 沿海地區(qū) |
| 鹵素氣體 | 飲用水及廢水處理廠、化工廠 |
線路板上
線路斷線 | 海鹽微粒 | 沿海地區(qū) |
| 塵埃 | 工業(yè)地區(qū) |
絲繞電
阻斷絲 | 二氧化硫 | 鍋爐、柴油機(jī) |
| 海鹽微粒 | 沿海地區(qū) |
</DIV> 2.2.1 高溫氧化
銅在80℃就發(fā)生氧化，生成氧化銅膜；即使是銅上鍍銀，若銀鍍層厚度小于1μm，銅會(huì)擴(kuò)散到銀鍍層中仍會(huì)被氧化，導(dǎo)致接觸電阻增大。
2.2.2 高濕度腐蝕
濕度是對腐蝕影響*大的因素，尤其在有腐蝕性氣體、塵埃等腐蝕環(huán)境因素存在的情況下，會(huì)加劇腐蝕。如在有二氧化硫的情況下，當(dāng)相對濕度小于75%，則腐蝕量極少，達(dá)到90%時(shí)腐蝕增大。但若沒有其它腐蝕因素的情況，既使是高濕度也幾乎不發(fā)生腐蝕。
2.2.3 銀、銅的遷移
電子產(chǎn)品中廣泛使用銀、銅及其合金，而這類金屬在硫化氫環(huán)境中易發(fā)生遷移。如IC鍍銀引線在硫化氫環(huán)境中常常發(fā)生銀的遷移；印刷電路板連接處鍍銅再鍍金部位，在硫化氫環(huán)境中易被硫化，從而發(fā)生遷移。
2.2.4 硫化銀的伸須
在低濃度硫化氫環(huán)境中銀也會(huì)被硫化生成硫化銀，這不僅會(huì)導(dǎo)致電子產(chǎn)品接觸部產(chǎn)生接觸電阻，而且因硫化銀伸須的生長而引起短路。如晶體管的鍍銀引線常發(fā)生伸須現(xiàn)象。
2.2.5 錫的伸須
由于錫具有優(yōu)良的電性能而被用于放大器端子、葉片、線圈等的電連接部位，又因其在硫化氫環(huán)境中具有良好的耐蝕性能，故常把錫作為銀的替代品使用。但錫的缺點(diǎn)是不耐磨，即使在非腐蝕性環(huán)境中由于磨損也會(huì)伸須。
2.2.6 黃銅的應(yīng)力腐蝕破裂
苯酚樹酯常用作絕緣物，烏洛托品常作為硬化劑，這兩者分解會(huì)產(chǎn)生氨，從而導(dǎo)致黃銅應(yīng)力腐蝕破裂。此外，建設(shè)發(fā)電站時(shí)，土建與電子儀器的安裝是同時(shí)進(jìn)行的，通常用塑料薄板制的合成板保護(hù)電子儀器以防塵。由于合成板用了大量的甲醛，而甲醛會(huì)致使黃銅發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂。
2.2.7 因硫化導(dǎo)致的接觸**
電子產(chǎn)品的保管通常是放在泡沫箱中，而泡沫箱會(huì)釋放出微量的硫化氫，當(dāng)保管期長時(shí)，將發(fā)生因硫化使銀觸點(diǎn)的接觸電阻增大，從而發(fā)生接觸**。
2.2.8 印刷線路板的斷線
印刷線路板表面涂有環(huán)氧樹脂類起保護(hù)作用，由于印刷線路板上的線路表面上只有薄薄的一層環(huán)氧樹脂類，因該涂層表面附著的塵埃而吸潮后發(fā)生腐蝕從而導(dǎo)致斷線。3 腐蝕環(huán)境等級的評價(jià) 為了防止電子產(chǎn)品的腐蝕，確?？煽啃?，有必要采取相應(yīng)的防蝕技術(shù)及改善使用環(huán)境。因此，如何評價(jià)使用環(huán)境是一個(gè)很重要的課題。腐蝕因素檢測方法有很多，列于表4［6］，等級列于表5［3］。 4 防蝕對策［7］ 防止各腐蝕因素對電子產(chǎn)品影響的對策有兩方面，即從電子產(chǎn)品方面及使用環(huán)境方面考慮，但由于電子產(chǎn)品易受成本及性能的限制，故通常防蝕對策在于改善使用環(huán)境。
4.1 從電子產(chǎn)品方面考慮防蝕
表6［3］列出了電子產(chǎn)品常用金屬材料在環(huán)境中的腐蝕性氣體的耐蝕性。 表4 環(huán)境污染氣體的檢測方法［6］ |
| | 經(jīng)典檢測法 | 快速檢測法 | 連續(xù)檢測法 |
| SO2 | ①二氧化鉛法②堿性濾紙法 | ①比濁法②檢知管法 | ①溶液導(dǎo)電率法②電量滴定法③可見光光度法 |
| NO2 | ①堿性濾紙法②醋酸鉛元筒法 | ①亞甲蘭色法②感應(yīng)濾紙法③檢知管法 | ①電量滴定法②濾紙著色法 |
| H2S | 堿性濾紙法 | 檢知管法 | ①可見光光度法②紅外線吸收法 |
| CL2 | 堿性濾紙法 | ①檢知管法②感應(yīng)濾紙法③吸光光度法 | ①溶液導(dǎo)電率法②紫外線滴定法③濾紙著色法 |
| NH3 | 酸性濾紙法 | ①靛酚法②檢知管法 | 雙離子電極法 |
| 海鹽 | ①捕集法(捕集面積200cm2，1個(gè)月)②溶液吸收法 |
表5 腐蝕環(huán)境等級分類［3］ 0.01mg/cm2.d |
| 等級 | SO3 | NO2 | Cl－ | NH4＋ | 海鹽 | NaCl | 銅的腐蝕速度 |
| 清凈 | ＜0.02 | ＜0.02 | ＜0.006 | ＜0.02 | ＜0.003 | ＜0.01 | ＜0.03 |
| 輕腐蝕 | 0.02～0.05 | 0.02～0.05 | 0.006～0.02 | 0.02～0.1 | 0.003～0.01 | 0.01～0.03 | 0.03～0.1 |
| 中腐蝕 | 0.05～0.2 | 0.05～0.2 | 0.02～0.1 | 0.1～1.0 | 0.01～0.03 | 0.03～0.06 | 0.1～0.3 |
| 重腐蝕 | 0.2～0.5 | 0.2～0.5 | 0.1～0.2 | 1.0～10.0 | 0.03～0.1 | 0.06～0.12 | 0.3～1.0 |
| 超重腐蝕 | ＞0.5 | ＞0.5 | ＞0.2 | ＞10.0 | ＞0.1 | ＞0.12 | ＞1.0 |
<DIValign=center> | 腐蝕性氣體 | 耐蝕 | 微腐蝕 | 腐蝕 |
| 二氧化硫 | 鋁、錫鍍層
錫鉛合金鍍層 | 銀鍍層、不銹
鋼、金鍍層 | 銅及銅合金、
鎳鍍層 |
| 二氧化氮 | 鋁、不銹鋼、錫
鍍層，錫鉛鍍層 | 銀鍍層、金鍍
層、鎳鍍層 | 銅及銅合金 |
| 硫化氫 | 鋁、金、鎳、錫、
錫鉛合金鍍
層，不銹鋼 | | 銅及銅合金、
銀鍍層 |
| 鹵素氣體 | | 銀鍍層、金鍍
層、錫鉛合金、
不銹鋼 | 鋁、銅及銅合
金、鎳鍍層、
錫鍍層 |
| 氨氣 | 鎳鍍層、錫鍍
層、不銹鋼、
金鍍層 | 鋁、銀鍍層、
錫鉛合金鍍層 | 銅及銅合金 |
</DIV> | 4.2 從電子儀器構(gòu)造方面考慮防蝕(見表7［2］) 表7 完善電子儀器構(gòu)造抵抗環(huán)境腐蝕［2］ |
<DIValign=center> 從防蝕角度
完善結(jié)構(gòu) | 大氣環(huán)境等級 |
| 清凈 | 輕、中腐蝕 | 重、超重腐蝕 |
| 框架結(jié)構(gòu) | 開放型 | 密閉型 | 空氣凈化型 |
| 換氣 | 自然、強(qiáng)制 | 無 | 無 |
| 內(nèi)部攪拌扇 | 無 | 有或無 | 無 |
| 底座 | 無 | 有 | 有 |
| 加熱器 | 無 | 有 | 有 |
| 填密 | 無 | 有 | 有 |
| 除濕機(jī) | 無 | 有或無 | 無 |
| 散熱器 | 無 | 有或無 | 無 |
</DIV> 4.3 從使用環(huán)境方面考慮防蝕
房間內(nèi)有腐蝕因素發(fā)生源、屋外有腐蝕因素入侵的情況，應(yīng)采取在房間內(nèi)設(shè)置密閉型的儀表間并配制空調(diào)和空氣凈化設(shè)備；對于屋外腐蝕因素少，屋內(nèi)有腐蝕因素發(fā)生源的情況，則應(yīng)安裝帶過濾器的空氣換氣裝置。5 加速摸擬大氣環(huán)境氣體腐蝕試驗(yàn)技術(shù)(表8、9) 表8 大氣環(huán)境腐蝕氣體的腐蝕試驗(yàn)方法 |
<DIV align=center> | 條件標(biāo)準(zhǔn) | IEC公布
68－2－42Kc
(觸點(diǎn)、連接點(diǎn)) | IEC公布
68－2－43Kd
(觸點(diǎn)、接觸點(diǎn)) | JISH8502
鍍層耐蝕
試驗(yàn)方法 | JISH8620
工業(yè)用金及其
合金鍍層方法 |
氣體濃度
φ×10－6 | SO225±5
CO24500 | H2S
10～15 | SO2 | H2S |
| 25±5 | 1000 | 3±1 | 10±2 |
| 溫度t/℃ | 25±2 | 25±2 | 40±1 | 40±1 |
| 相對濕度% | 75 | 75 | 90±5 | 90±5 |
</DIV> 表9 大氣環(huán)境低濃度腐蝕氣體的腐蝕試驗(yàn)方法 |
<DIV align=center> | 條件項(xiàng)目 | IEC68－2－60TTD |
| 方法A | 方法B | 方法C |
氣體濃度
×10－6 | SO2
0.5±0.1 | H2S
0.1±0.02 | SO20.5±0.1
H2S0.1±0.002 |
| 溫度t/℃ | 25±2 | 25±2 | 25±2 |
| 相對濕度% | 75±3 | 75±3 | 75±3 |
</DIV>
