电子产品的腐蚀与防蚀技术
摘 要 综述了电子产品在使用环境中由各因素导致的腐蚀事例，环境腐蚀因素的检测方法、腐蚀环境的评级，防蚀对策以及模拟环境中腐蚀性气体试验方法的IEC、JIS标准方法。
关键词 电子产品 腐蚀 试验方法 防蚀技术
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
在情报、通信、交通、电业等领域所使用的电子仪器，当发生故障时会对社会产生巨大影响，因而这类产品应具有极高的可靠性。而电子产品的可靠性与寿命受使用环境的影响很大，若在有腐蚀性气体、高湿度的环境使用，则电子产品会迅速发生腐蚀，可靠性及寿命会缩短。为了保持电子仪器的可靠性及长寿命，必须研究环境中各种腐蚀因素产生的腐蚀行为、开发使用环境的腐蚀性等级评价方法、防蚀技术以及大气环境模拟的加速试验方法。本文着重介绍电子产品所处环境中各环境因素导致的腐蚀事例、环境腐蚀因素的检测方法、腐蚀环境的评级、防蚀对策及模拟环境中腐蚀性气体试验方法的ISO、IEC、JIS标准方法。
2 各环境因素导致的腐蚀事例［5］
2.1 大气环境因素的种类
2.1.1 温度
温度是增进腐蚀反应的动力之一，40℃以下，对腐蚀反应速度影响不大，40℃以上称之为高温区的腐蚀反应速度大，尤其对铜、铜合金影响大。
2.1.2 相对湿度
相对湿度是左右腐蚀*大的腐蚀因素之一，当与其它腐蚀因素协同作用时，腐蚀速度增大。而且其它腐蚀因素即使存在但湿度不大时，腐蚀几乎不发生(硫化氢环境除外)。通常相对湿度在60%左右腐蚀会增大，相对湿度超过75%腐蚀速度会急剧增大。
2.1.3 腐蚀性气体
表1［1］列出了腐蚀性气体的种类及对金属腐蚀的影响。
表1 腐蚀性气体对金属腐蚀的影响［1］
| 气体 | 对金属腐蚀的影响 |
| 二氧 化硫 | *易受腐蚀的是镍镀层，变为灰色。当镍镀层作为金、铑、铬镀层的基层时，从上述镀层的针孔等缺陷处仍会发生镍的腐蚀。此外，还会对丝绕电阻产生坑蚀、发生断线。但上述腐蚀的发生与相对湿度有关，低于40%几乎不发生腐蚀。 |
| 硫化 氢 | 对银、铜及其合金有极强的腐蚀性，既使处于比较低的湿度环境仍会发生腐蚀。此外，接线处、线路板的接插部位的镀银处的银、铜会发生迁移、伸须现象。 |
| 氮氧 化物 | 氮氧化物与大气中的水生成硝酸对金属腐蚀，使电子产品表面附着的绝缘阻抗下降。此外，氮氧化物还与紫外线、碳氢化物反应生成臭氧导致橡胶、塑料的老化。 |
| 卤素 气体 | 卤素气体、氯化氢的腐蚀性极强，既使很低的浓度也几乎对所有的金属腐蚀。银的腐蚀相对较轻，生成氯化银(Agcl)，增大接触电阻。此外，卤化物既使在较低的湿度下也会发生潮解，在电子产品表面易造成污损，从而降低绝缘阻抗，还会引起橡胶、塑料的老化。 |
| 氨气 | 腐蚀性较小，但会导致铜合金的应力腐蚀破裂，既使在铜合金上有银、锡铅镀层也不能防止铜合金的应力腐蚀破裂的发生。 |
| 2.1.4 海盐微粒 不仅沿海地区有海盐微粒，而且由于风向、风速、天气等气象条件的影响，内陆地区也有海盐微粒。海盐微粒的主要成分是75%氯化钠、10%氯化镁，在20℃时，这两者的临界相对湿度是75%和33%。低于相对湿度发生结露现象，会发生腐蚀。 2.1.5 尘埃 尘埃中含有硫酸根离子、硝酸根离子、盐酸根离子等水溶性成分，尘埃附在电子产品机构部位，触点部位，磁带及软盘等磁媒体上，在一定的湿度下将发生腐蚀并导致绝缘阻抗降低引起误动作。 2.2 腐蚀形态与事例［4］ 电子产品部件所用金属的种类列于表2［2］，腐蚀形态与主要环境因素及发生源列于表3［2］。 表2 电子产品部件所用金属的种类［2］ |
电子产品 | 金属材料的种类 |
| 印刷线路板 | Cu、Au、锡铅合金 |
| 电阻 | 丝绕电阻(镍铬、铁铬)镍、锡铅合金 |
| IC | Al、Cu、Sn、Ag、锡铅合金 |
| 继电器 | Sn、Ag、Zn、Ni |
| 连接器 | Ag、Sn、黄铜 |
表3 电子产品的腐蚀形态［2］ |
| 腐蚀形态 | 主要环境因素 | 发生源 |
| 铜、银的 迁移 | 氮氧化物 | 汽车尾气、锅炉、电弧 |
| 硫化氢 | 温泉地区、废水处理厂、橡胶 | |
| 氨 | 苯酚树酯、废水处理厂 | |
| 硫化银的伸须 | 硫化氢 | 温泉地区、废水处理厂、橡胶 |
| 锡的伸须 | 温度、相对湿度 | |
| 铜合金的应 力腐蚀破裂 | 氨气 | 苯酚树酯、废水处理厂 |
| 甲醛气体 | 涂装、绝缘漆、合成板 | |
| 不锈钢的应 力腐蚀破裂 | 海盐微粒 | 沿海地区 |
| 卤素气体 | 饮用水及废水处理厂、化工厂 | |
| 线路板上 线路断线 | 海盐微粒 | 沿海地区 |
| 尘埃 | 工业地区 | |
| 丝绕电 阻断丝 | 二氧化硫 | 锅炉、柴油机 |
| 海盐微粒 | 沿海地区 |
| 2.2.1 高温氧化 铜在80℃就发生氧化，生成氧化铜膜；即使是铜上镀银，若银镀层厚度小于1μm，铜会扩散到银镀层中仍会被氧化，导致接触电阻增大。 2.2.2 高湿度腐蚀 湿度是对腐蚀影响*大的因素，尤其在有腐蚀性气体、尘埃等腐蚀环境因素存在的情况下，会加剧腐蚀。如在有二氧化硫的情况下，当相对湿度小于75%，则腐蚀量极少，达到90%时腐蚀增大。但若没有其它腐蚀因素的情况，既使是高湿度也几乎不发生腐蚀。 2.2.3 银、铜的迁移 电子产品中广泛使用银、铜及其合金，而这类金属在硫化氢环境中易发生迁移。如IC镀银引线在硫化氢环境中常常发生银的迁移；印刷电路板连接处镀铜再镀金部位，在硫化氢环境中易被硫化，从而发生迁移。 2.2.4 硫化银的伸须 在低浓度硫化氢环境中银也会被硫化生成硫化银，这不仅会导致电子产品接触部产生接触电阻，而且因硫化银伸须的生长而引起短路。如晶体管的镀银引线常发生伸须现象。 2.2.5 锡的伸须 由于锡具有优良的电性能而被用于放大器端子、叶片、线圈等的电连接部位，又因其在硫化氢环境中具有良好的耐蚀性能，故常把锡作为银的替代品使用。但锡的缺点是不耐磨，即使在非腐蚀性环境中由于磨损也会伸须。 2.2.6 黄铜的应力腐蚀破裂 苯酚树酯常用作绝缘物，乌洛托品常作为硬化剂，这两者分解会产生氨，从而导致黄铜应力腐蚀破裂。此外，建设发电站时，土建与电子仪器的安装是同时进行的，通常用塑料薄板制的合成板保护电子仪器以防尘。由于合成板用了大量的甲醛，而甲醛会致使黄铜发生应力腐蚀破裂。 2.2.7 因硫化导致的接触** 电子产品的保管通常是放在泡沫箱中，而泡沫箱会释放出微量的硫化氢，当保管期长时，将发生因硫化使银触点的接触电阻增大，从而发生接触**。 2.2.8 印刷线路板的断线 印刷线路板表面涂有环氧树脂类起保护作用，由于印刷线路板上的线路表面上只有薄薄的一层环氧树脂类，因该涂层表面附着的尘埃而吸潮后发生腐蚀从而导致断线。 3 腐蚀环境等级的评价 为了防止电子产品的腐蚀，确保可靠性，有必要采取相应的防蚀技术及改善使用环境。因此，如何评价使用环境是一个很重要的课题。腐蚀因素检测方法有很多，列于表4［6］，等级列于表5［3］。 4 防蚀对策［7］ 防止各腐蚀因素对电子产品影响的对策有两方面，即从电子产品方面及使用环境方面考虑，但由于电子产品易受成本及性能的限制，故通常防蚀对策在于改善使用环境。 表4 环境污染气体的检测方法［6］ |
经典检测法 | 快速检测法 | 连续检测法 | |
| SO2 | ①二氧化铅法②碱性滤纸法 | ①比浊法②检知管法 | ①溶液导电率法②电量滴定法③可见光光度法 |
| NO2 | ①碱性滤纸法②醋酸铅元筒法 | ①亚甲兰色法②感应滤纸法③检知管法 | ①电量滴定法②滤纸着色法 |
| H2S | 碱性滤纸法 | 检知管法 | ①可见光光度法②红外线吸收法 |
| CL2 | 碱性滤纸法 | ①检知管法②感应滤纸法③吸光光度法 | ①溶液导电率法②紫外线滴定法③滤纸着色法 |
| NH3 | 酸性滤纸法 | ①靛酚法②检知管法 | 双离子电极法 |
| 海盐 | ①捕集法(捕集面积200cm2，1个月)②溶液吸收法 |
表5 腐蚀环境等级分类［3］ 0.01mg/cm2.d |
| 等级 | SO3 | NO2 | Cl－ | NH4＋ | 海盐 | NaCl | 铜的腐蚀速度 |
| 清净 | ＜0.02 | ＜0.02 | ＜0.006 | ＜0.02 | ＜0.003 | ＜0.01 | ＜0.03 |
| 轻腐蚀 | 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 |
| 中腐蚀 | 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 |
| 重腐蚀 | 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 |
| 超重腐蚀 | ＞0.5 | ＞0.5 | ＞0.2 | ＞10.0 | ＞0.1 | ＞0.12 | ＞1.0 |
表6 金属材料在腐蚀性气体中的耐蚀性能［3］ |
| 腐蚀性气体 | 耐蚀 | 微腐蚀 | 腐蚀 |
| 二氧化硫 | 铝、锡镀层 锡铅合金镀层 | 银镀层、不锈 钢、金镀层 | 铜及铜合金、 镍镀层 |
| 二氧化氮 | 铝、不锈钢、锡 镀层，锡铅镀层 | 银镀层、金镀 层、镍镀层 | 铜及铜合金 |
| 硫化氢 | 铝、金、镍、锡、 锡铅合金镀 层，不锈钢 | 铜及铜合金、 银镀层 | |
| 卤素气体 | 银镀层、金镀 层、锡铅合金、 不锈钢 | 铝、铜及铜合 金、镍镀层、 锡镀层 | |
| 氨气 | 镍镀层、锡镀 层、不锈钢、 金镀层 | 铝、银镀层、 锡铅合金镀层 | 铜及铜合金 |
| 4.2 从电子仪器构造方面考虑防蚀(见表7［2］) 表7 完善电子仪器构造抵抗环境腐蚀［2］ |
| 从防蚀角度 完善结构 | 大气环境等级 | ||
| 清净 | 轻、中腐蚀 | 重、超重腐蚀 | |
| 框架结构 | 开放型 | 密闭型 | 空气净化型 |
| 换气 | 自然、强制 | 无 | 无 |
| 内部搅拌扇 | 无 | 有或无 | 无 |
| 底座 | 无 | 有 | 有 |
| 加热器 | 无 | 有 | 有 |
| 填密 | 无 | 有 | 有 |
| 除湿机 | 无 | 有或无 | 无 |
| 散热器 | 无 | 有或无 | 无 |
| 4.3 从使用环境方面考虑防蚀 房间内有腐蚀因素发生源、屋外有腐蚀因素入侵的情况，应采取在房间内设置密闭型的仪表间并配制空调和空气净化设备；对于屋外腐蚀因素少，屋内有腐蚀因素发生源的情况，则应安装带过滤器的空气换气装置。 5 加速摸拟大气环境气体腐蚀试验技术(表8、9) 表8 大气环境腐蚀气体的腐蚀试验方法 |
| 条件标准 | IEC公布 68－2－42Kc (触点、连接点) | IEC公布 68－2－43Kd (触点、接触点) | JISH8502 镀层耐蚀 试验方法 | JISH8620 工业用金及其 合金镀层方法 | ||
| 气体浓度 φ×10－6 | SO225±5 CO24500 | H2S 10～15 | SO2 | H2S | ||
| 25±5 | 1000 | 3±1 | 10±2 | |||
| 温度t/℃ | 25±2 | 25±2 | 40±1 | 40±1 | ||
| 相对湿度% | 75 | 75 | 90±5 | 90±5 | ||
表9 大气环境低浓度腐蚀气体的腐蚀试验方法 |
| 条件项目 | IEC68－2－60TTD | ||
| 方法A | 方法B | 方法C | |
| 气体浓度 ×10－6 | SO2 0.5±0.1 | H2S 0.1±0.02 | SO20.5±0.1 H2S0.1±0.002 |
| 温度t/℃ | 25±2 | 25±2 | 25±2 |
| 相对湿度% | 75±3 | 75±3 | 75±3 |
