连接器测试之盐雾腐蚀试验

时间：2020-01-05

连接器测试之盐雾腐蚀试验

连接器测试之鹽霧試驗

1 前言

鹽霧試驗是集成電路可靠性試驗之一，它可以用來檢驗產品的抗腐蝕環境能力的強弱。而鹽霧試驗所需的條件又比較多，?些條件會對試驗產生一定的影響。

2 試驗

一般我們做鹽霧試驗的條件是鹽液：NaCl(無水)；pH值：6.5～7.2；溫度：32-38℃；鹽霧沉積率：20000～50000/m2 (24h)；鹽霧持續時間：24h，48h，96h，240h；鹽濃度：0.5%-3%。

鹽霧沉積率与鹽濃度是相對應的，?是因為它們之間的對應關系如下式

Sd為鹽霧沉積率；[Cl]-為氯离子濃度。

因為鹽濃度就是氯离子濃度,所以鹽濃度与鹽霧沉積率之間是相對應的。

根据以上條件可以判斷，在進行鹽霧試驗時，影響試驗的主要條件有以下几點：溫度；鹽液濃度；氧的溶解度；流速。

為了驗証以上的條件對試驗的影響，本文選用若干表面干淨的電路按下列方法進行試驗驗証。

方法1：鹽選用NaCl(無水)；溫度為35℃；時間為24h。流速一定；按鹽濃度為1%，2%，3%，4%，5%分五組進行試驗，每一組五個電路。

方法2：鹽選用NaCl(無水)；濃度為3%；鹽霧沉積率為50000/m2*24h；時間為24h。流速一定；按溫度20℃，25℃，30℃，35℃，40℃，50℃分六組進行試驗，每一組五個電路。

方法3：鹽選用NaCl(無水)；濃度為3%；鹽霧沉積率為50000/m2(24h)；時間為24h。溫度為35℃；按流速正常和流速變大分兩組進行試驗，每一組五個電路。

另外，為了研究樣品的擺放對試驗的影響，我們用方法4進行試驗。

方法4：將15只樣品平均分成三組，蓋板向上，樣品偏离垂直方向30°,45°,75°,90°進行試驗，其他試驗條件是：鹽選用NaCl(無水)；濃度為3%；鹽霧沉積率為：50000/m2(24h)；時間為24h。流速一定；溫度為35℃。

試驗后用純淨水清洗電路，放置1小時后，試驗結果見表1。

3 試驗分析

本文對以上試驗結果進行了分析。在鹽霧試驗中，由于各种金屬的電较電位不同以及它們在鹽液中的過電位大小不一，所以在鹽霧中會發生很多的電化學反應。在陽较是金屬失去電子，成為离子，在陰较發生的電化學反應類型有析氫反應和氧去较化反應等，其中氧去较化反應(吸氧反應)是较主要的反應類型。它是由于鹽液中含有的溶解氧而造成的，溶液中的氧可通過擴散作用不斷地向陰较區移動。

氧向電较表面擴散決定整個吸氧腐蝕過程的速度，因為氧在鹽溶液的溶解度是有限的，吸氧腐蝕速度往往被氧向金屬表面的擴散速度所控制，也就是說，金屬腐蝕速度是与氧在陰较還原的极限電流密度相一致的。

氧向陰较擴散速度由Fick*二定律得出

式中，D為溶解氧擴散系數；δ為擴散層厚度；Ce為電较表面氧的濃度；C為溶液中氧的濃度。

電较反應速度可由法拉*定律得出

id：极限電流密度；n：价數；F：法拉*常數。

當電较反應達到平衡，即擴散控制時：V1=V2由公式(2)、公式(3)得出

由于隨著電较反應的進行，電较附近氧原子不斷消耗，Ce降低，當Ce→0時，公式(4)可變為

從公式(5)中可以看出，极限電流密度id与擴散層厚度δ、溶解氧擴散系數D、溶解氧的濃度C、价數n等有關；极限電流密度的大小也就意味著腐蝕速度的大小；其中D与環境溫度成正比。

3.1 溶液溫度的影響
從公式(5)中可知，溶液溫度升高，使溶液粘度降低，從而使溶解氧的擴散系數D增加，所以溫度升高可以加速腐蝕過程。試驗結果見圖1 (由表1中?的結果轉化而來)。

從圖1中知道，隨著溫度的升高，腐蝕速度也在逐漸增大，但是當溫度**過35℃后，腐蝕速度反而隨著溫度的增大而變弱。?一現象的產生主要是在溶液濃度一定的情況下，由于氧气在溶液中的溶解度是与溫度成反比的。而腐蝕速度是受到兩個主要的因素來控制的，即溫度与溶解在溶液中的氧含量。在溫度低于35℃時，雖然氧的含量隨著溫度的升高而降低，由于在?种情況下電化學反應所需要的氧是足夠的，因而腐蝕速度受溫度控制。由于溫度的升高可以使溶解氧的擴散系數D變大，所以在溫度小于35℃時，腐蝕速度(即電化學反應速度)是与溫度成正比的。當溫度**35℃，隨著溫度的升高，溶液中的氧的含量降低，不能滿足電化學反應所需要的含量。?時，腐蝕速度是受溶解氧的含量控制的，雖然溫度升高會使化學反應速度提高，但由于是氧在參与電化學反應，因氧濃度降低，所以腐蝕速度逐漸地隨溫度的升高而減慢。

3.2 溶液濃度的影響
在鹽霧試驗中，Cl离子的半徑小，破坏性很強。由于它的存在，使電路發生腐蝕現象。當NaCl溶液濃度增大，則Cl离子濃度也就變大，?時，電化學反應速度就應當變快。試驗結果見圖2(表1中?的結果轉化而來)。

由圖2可知，隨著鹽濃度的增大，腐蝕速度開始是与濃度成正比的，但當濃度**過3%后，腐蝕速度与濃度的關系是反比的，即反應速度隨鹽濃度的增加而降低。氧的溶解度与濃度成反比關系。?是由于在一定溫度條件下，腐蝕速度是由兩個主要的因素，即鹽濃度与溶解在溶液中的氧含量來控制的。當溶液中氧的含量能滿足電化學反應時，腐蝕速度受鹽濃度控制，即Cl离子濃度越大，發生的反應越強。當濃度**過3%后，隨濃度的增加，溶解的氧的含量降低，不能滿足電化學反應的需要， ?時，腐蝕速度是受溶液中氧的含量來控制。雖然Cl离子濃度變大，但此時起主要作用的是氧，所以腐蝕速度隨濃度的增加而變小。

3.3 氧的溶解度
從公式(5)中可知，溶解氧的濃度C增加，极限電流密度id增大，?樣溶液導電性增加，腐蝕速度加快。表2是氧在海水中的溶解度關系。

從表2中可以看出，溶解度是与外界環境條件密切聯系的，即隨著濃度或溫度的增加而降低，此時擴散速度減小，使腐蝕速度下降。我們通過降低外界環境溫度或降低鹽濃度，來使溶液中氧的濃度的提高。當 C增大，id變大，?時反應速度(腐蝕速度)分兩种情況：?當溶解氧不能滿足電化學反應的要求時，氧的溶解度對腐蝕速度起主要作用，即腐蝕速度隨溶液中氧的濃度的增大而變大。?當溶解氧能滿足電化學反應的要求時，腐蝕速度受氧濃度C的影響變小，而主要受溫度或濃度的影響，即由于溶解度的增加，溫度降低或濃度降低，使腐蝕速度降低。

3.4 流速
在氧濃度、溫度、鹽濃度一定時，流速的增加，使擴散層厚度δ減小，由公式(5)可知，极限電流密度id變大，所以腐蝕速度增加。再看試驗結果表1中的?，流速變大后，電路表面的腐蝕現象增加了，也就是說腐蝕速度是与流速成正比關系的。

3.5 樣品擺放的影響
從表1?看，腐蝕現象隨角度變大而變得嚴重，我們研究該現象嚴重的原因。

圖3中左圖為樣品擺放的位置,右圖為鹽霧顆粒在蓋板上的受力情況。

下面來看一下鹽霧顆粒在樣品表面停留的時間。假定顆粒從樣品表面蓋板的上端向下端流動，設蓋板的長度為L，根据圖3中右圖的顆粒受力情況及動力學原理，得出：

從公式(8)中可知，樣品偏离垂直方向的角度α与時間t成正比,即當α=0°時，t较小；當α=90°時，t较大，鹽霧顆粒在樣品表面時間越長，鹽沉積在表面蓋板上的就越多，對樣品的破坏性就越大。當角度為0°時，樣品放置會不穩定；角度為90°時，因鹽沉積量太大而影響試驗的作用。因此，角度在10°-80°比較合适，一般取45°，即可使流速快又可使鹽沉積在蓋板上不多。該角度便于調制而且樣品放置方便。

4 結論

通過以上的試驗与結果分析，我們可以認為在溫度小于35℃前，腐蝕速度与溫度成正比關系；當**過35℃后，腐蝕速度与溫度成反比關系；在35℃腐蝕速度達到较大。鹽濃度小于3%前，腐蝕速度与濃度成正比關系；當鹽濃度**過3%后，腐蝕速度与鹽濃度成反比關系；在3%時腐蝕速度達到较大。氧溶解度對腐蝕速度的影響是与溫度与鹽濃度相關的。采用溫度35℃、鹽濃度3%進行鹽霧試驗可以在较短時間并且较有效地反映集成電路封裝的抗腐蝕能力。樣品的擺放偏离垂直方向的角度越大，試驗越嚴酷，越小越寬松，試驗時的角度為45°，可以兩者兼顧。