分享：某儀表用導(dǎo)電膠與金屬骨架互連不良原因
摘 要:某儀表在常溫下放置一段時間后其導(dǎo)電膠與金屬骨架互連不良。采用宏觀觀察、電性 能測試、X射線檢測、拉伸性能測試、掃描電鏡及能譜分析等方法對其失效原因進(jìn)行了分析。結(jié)果 表明:該儀表導(dǎo)電膠的清漆涂覆工藝不良,引起了金屬骨架腐蝕,進(jìn)而弱化了導(dǎo)電膠與金屬骨架的 黏接界面,在外界應(yīng)力的作用下,引起導(dǎo)電膠與骨架接觸不良。
關(guān)鍵詞:導(dǎo)電膠;互連不良;腐蝕;界面弱化;黏接質(zhì)量
中圖分類號:TQ436 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1001-4012(2022)07-0048-05
導(dǎo)電膠是一種固化或干燥后具有一定導(dǎo)電性的 膠黏劑,因其具有環(huán)境友好(無鉛)、加工溫度低、成本 低、靈活性高等優(yōu)點[1-4],在電子產(chǎn)品封裝和組裝方面 應(yīng)用廣泛,如微電子裝配中細(xì)導(dǎo)線與印刷線路的黏 接、LED(發(fā)光二極管)封裝中芯片與金屬支架的黏接 等。然而隨著電子產(chǎn)品小型化的發(fā)展趨勢和服役環(huán) 境的日趨復(fù)雜,對導(dǎo)電膠的黏接性能和導(dǎo)電性能提出 了更高要求,其黏接質(zhì)量和退化失效情況對電子產(chǎn)品 的可靠性有較大影響。導(dǎo)電膠常見的黏接失效模式 包括:界面氧化與電化學(xué)腐蝕、裂縫與分層、導(dǎo)電膠開 裂與蠕變、工藝缺陷和電化學(xué)遷移等[5-7]。
某儀表上的導(dǎo)電膠常溫放置后因黏接不良而導(dǎo) 致電路故障。筆者對導(dǎo)電膠進(jìn)行一系列理化檢驗與 分析,研究了其失效原因和失效機(jī)理,為導(dǎo)電膠的應(yīng) 用提供了參考。
1 試驗材料
主要試驗材料包括失效儀表和正常儀表的內(nèi)部 電路板與金屬骨架整體。儀表的內(nèi)部電路板與金屬 骨架整體宏觀形貌如圖1所示,由圖1可知:接地導(dǎo)線(鍍銀銅材料)與骨架(超硬鋁材料)采用環(huán)氧導(dǎo)電 膠黏接,導(dǎo)電膠表面覆有一層聚氨酯清漆,并用硅橡 膠進(jìn)行加固。
2 理化檢驗
2.1 電性能測試
對失效儀表的電路進(jìn)行故障排查,電路板上未檢 測出電路故障,而用1750型微歐計測試電路板接地 線與骨架之間的電阻,結(jié)果為2kΩ,大于技術(shù)規(guī)范要 求(≤1Ω),初步判定電路故障為接地線連接故障。
分別對導(dǎo)線與電路板的焊接、導(dǎo)線自身以及導(dǎo) 線與金屬骨架黏接處進(jìn)行故障排查,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線與電 路板的焊盤采用的是焊錫焊接,焊點飽滿、正常,導(dǎo) 線本身無變形損傷,電阻均無異常,排除了導(dǎo)線焊接 故障和導(dǎo)線故障;導(dǎo)線與金屬骨架由導(dǎo)電膠黏接, 導(dǎo)線與導(dǎo)電 膠 之 間 電 阻 無 異 常,而 導(dǎo) 電 膠 與 骨 架 之間的電阻偏大。使用銅導(dǎo)線在另一處將電路板 與金屬骨架 導(dǎo) 通,電 路 板 導(dǎo) 線 與 金 屬 骨 架 之 間 的 電阻為0.2Ω,故障消失;而將銅導(dǎo)線斷開,故障復(fù) 現(xiàn)。因此,該 儀 表 失 效 原 因 判 定 為 導(dǎo) 電 膠 與 骨 架 互連不良。
2.2 宏觀觀察
失效儀表和正常儀表導(dǎo)電膠黏接處的宏觀形貌 如圖2所示。由圖2可知:失效儀表和正常儀表的 導(dǎo)電膠均未見明顯脫離,但失效儀表的導(dǎo)電膠表面 的聚氨酯清漆保護(hù)層存在明顯氣泡。氣泡是三防漆 涂覆過程中常見的缺陷,氣泡的存在不僅影響涂覆 層的外觀,當(dāng)氣泡覆蓋了器件管腳、導(dǎo)線時,三防漆 無法起到有效的防護(hù),因此會影響產(chǎn)品的電性能和 防潮性能[8-10]。
2.3 X射線檢測
采用 XD7600NTRUBY 型 X射線檢測系統(tǒng)對 失效儀表和正常儀表導(dǎo)電膠黏接處進(jìn)行檢測,結(jié)果 如圖3所示。由圖3可知:失效儀表導(dǎo)電膠內(nèi)部與 金屬骨架黏接部位存在明顯孔洞,說明導(dǎo)線與骨架 之間未填充滿導(dǎo)電膠;而正常儀表導(dǎo)電膠內(nèi)部則未 見明顯孔洞。
2.4 拉伸性能測試
在溫度為25 ℃,拉伸速率為 100 mm/min的 條件下,采用拉力機(jī)對失效儀表和正常儀表的導(dǎo)線 進(jìn)行拉伸測試,直至導(dǎo)線與金屬骨架分離,隨后分別 觀察失效儀表和正常儀表脫落后的黏接面。發(fā)現(xiàn)失 效儀表的導(dǎo)電膠與金屬骨架在黏接面處發(fā)生界面脫 離,破壞類型屬于黏附破壞;而正常儀表在導(dǎo)電膠內(nèi) 部發(fā)生脫離,破壞類型屬于內(nèi)聚破壞(見圖4)。失 效儀表的導(dǎo)電膠與金屬骨架的黏接強(qiáng)度明顯低于正 常儀表。
2.5 掃描電鏡及能譜分析
2.5.1 黏接面分析
采用 MIRA3型掃描電鏡(SEM)觀察失效儀表 導(dǎo)線拉伸試驗后導(dǎo)電膠的黏接面,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電膠黏接 面有明顯凹槽,存在較大孔洞,金屬骨架端黏接面部 分區(qū)域存在腐蝕形貌(見圖5)。骨架端黏接面的能 譜分析結(jié)果表明:骨架端黏接面正常區(qū)域主要有氧、 銅、鋅、鎂、鋁和硅元素,而腐蝕區(qū)域除上述元素外, 還存在氯元素(見圖6)。
2.5.2 導(dǎo)電膠橫切面分析
采用SEM 觀察失效儀表和正常儀表導(dǎo)電膠的橫
切面,從圖7所示的失效儀表導(dǎo)電膠橫切面的SEM 形
貌可知:失效儀表的導(dǎo)線與金屬骨架之間存在一個較
大空隙,導(dǎo)電膠與金屬骨架之間的空隙寬度為45μm~
150μm,導(dǎo)線底部到金屬骨架之間導(dǎo)電膠填充較少,且
導(dǎo)電膠內(nèi)部存在明顯孔洞。進(jìn)一步研磨發(fā)現(xiàn),導(dǎo)電膠
與骨架黏接處存在寬度約為0.5μm~0.9μm 的微小
間隙。在正常儀表的導(dǎo)電膠內(nèi)部也發(fā)現(xiàn)了孔洞,但導(dǎo)
電膠與骨架黏接處不存在明顯空隙(見圖8)。
失效儀表和正常儀表的導(dǎo)電膠能譜分析結(jié)果如
圖9所示,由圖9可知:失效儀表和正常儀表的導(dǎo)電
膠主要元素組成均為碳、氧和銀元素,未見明顯異常
元素。
3 綜合分析
由于導(dǎo)電膠黏接工藝本身存在缺陷,導(dǎo)電膠未 將導(dǎo)線與金屬骨架之間填充滿,形成了較大空隙,減 少了導(dǎo)電膠與骨架的黏接面積,導(dǎo)致其黏接強(qiáng)度下 降。而導(dǎo)電膠在內(nèi)部存在孔洞的情況下,仍可以在 很長一段時間內(nèi)保持良好的互連。然而,這種情況 也存在風(fēng)險,其會弱化互連的機(jī)械強(qiáng)度,使其對機(jī)械 載荷的抵抗能力降低[1,3]。
導(dǎo)電膠和骨架本身均不含氯元素,骨架黏接面 腐蝕處的氯元素來源于外界,結(jié)合導(dǎo)電膠表面覆蓋 的聚氨酯清漆保護(hù)層存在大量氣泡,說明清漆未起 到有效的防護(hù)作用。因此,潮濕氣體和雜質(zhì)離子容 易引起金屬骨架腐蝕,進(jìn)而弱化黏接界面,導(dǎo)致導(dǎo)電 膠與金屬骨架之間產(chǎn)生微小空隙,導(dǎo)電膠與金屬骨 架處于不穩(wěn)定的接觸狀態(tài),在受到外界應(yīng)力后會引 起導(dǎo)電膠與金屬骨架互連不良,進(jìn)而影響導(dǎo)線與骨 架之間的電阻。
4 結(jié)論及建議
由于導(dǎo)電膠的清漆保護(hù)層存在氣泡,腐蝕源侵 入導(dǎo)電膠與骨架的黏接面并腐蝕骨架,進(jìn)而弱化了 黏接界面,導(dǎo)致微小空隙的產(chǎn)生。導(dǎo)線與骨架之間 未填充滿導(dǎo)電膠,形成了較大空隙,減小了導(dǎo)電膠與 骨架的黏接面積,導(dǎo)致黏接強(qiáng)度下降。導(dǎo)電膠與骨 架之間存在互連不良,并導(dǎo)致導(dǎo)線與骨架之間的電 阻異常。
建議優(yōu)化導(dǎo)電膠的黏接工藝,以增加黏結(jié)接觸 面積,排除空氣;優(yōu)化清漆的涂覆和固化工藝,避免 氣泡的產(chǎn)生;對骨架進(jìn)行表面處理或更換骨架材料,以提高導(dǎo)電膠與金屬骨架的黏接性能;同時準(zhǔn)確地 設(shè)置導(dǎo)電膠的工藝參數(shù)(溫度、壓力、時間、用量),以 避免空洞的產(chǎn)生。
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<文章來源 > 材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 58卷 > 7期 (pp:48-52)>
浙公網(wǎng)安備 33042402000106號
