商用空調(diào)控制器的硫化判斷和誤區(qū)

方玉胡

天加環(huán)境科技有限公司 江蘇南京 210046

硅膠產(chǎn)品在工業(yè)范圍內(nèi)運(yùn)用很廣，從電子產(chǎn)品，醫(yī)療產(chǎn)品，航空航天，自動(dòng)涂彩甚至美容假體等，在電子行業(yè)中，硅膠的引入被視為高端工藝引入，成本相對較高，固化周期相對較長，但外觀亮眼，除了附著性好以外，還有很好的穩(wěn)定性，抗沖擊能力等，出于硅膠在各行各業(yè)出類拔萃的口碑，硅膠成為了許多優(yōu)秀電子品牌的首選。如格力，美的，中興，三花等，但長期使用后，他們都付出了硫化的代價(jià)，在這種有機(jī)材料配合到合金材料后，產(chǎn)生了意想不到的反應(yīng)——硫化。于是硅膠配合電阻出現(xiàn)硫化的問題大批量的出現(xiàn)[1]。

硫化的故障的隱蔽點(diǎn)在于，出現(xiàn)在1年以后，2年開始數(shù)量急劇增加，3年達(dá)到頂峰，用普通的電阻配合硅膠使用，硫化幾乎是100%會(huì)出現(xiàn)的問題。

1 硫化產(chǎn)生的原因

1.1 電阻結(jié)構(gòu)

電阻本身結(jié)構(gòu)是由陶瓷基片作為絕緣基材，在基材上涂覆電阻體，形成較低阻值的電阻，真空狀態(tài)下濺射合金電極，增加一次保護(hù)層，進(jìn)行鐳射光刻，形成定值電阻，增加二次保護(hù)層，完成打標(biāo)，最后完善電極層，形成電阻，貼片電阻特點(diǎn)，電阻體積小，鐳射光刻，精度高，整體貼近板面，有較大的電極保護(hù)，方便散熱，因此故障率極低。

1.2 硫化形成原因

加成型硅膠固化時(shí)沒有副產(chǎn)物，所以電氣特性和固化特性穩(wěn)定，無腐蝕性。缺點(diǎn)是催化劑遇到下列物質(zhì)（如硫、胺、磷化合物）易中毒，而不能固化。在DC/DC模塊電源中通常使用加成型硅橡膠。加成型硅橡膠RTVS6354LV是雙組分硅膠，A/B兩部分硅膠按質(zhì)量比1∶1混合后，含乙烯基的聚二甲基硅氧烷作為基礎(chǔ)聚合物，低相對分子質(zhì)量的含氫硅油作為交聯(lián)劑，在鉑系催化劑作用下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，開始固化。凡是能與橡膠發(fā)生硫化反應(yīng)或使之交聯(lián)的物質(zhì)統(tǒng)稱為硫化劑，又稱為交聯(lián)劑高溫可縮短固化時(shí)間。把該硅膠送到微電子材料與元器件微分析中心，進(jìn)行硅膠成分分析，結(jié)果顯示硅膠成分中不含硫[2]。

雖然硅膠本身不含硫，但硅膠具有多孔結(jié)構(gòu)，對空氣中極性分子硫化物有較強(qiáng)的吸附作用。單組分和雙組分的硅膠都有這種特性。綜上所述，灌封硅膠DC/DC模塊電源的電阻硫化是由于周圍空氣中含有硫化物，而硅膠對硫化物有吸附作用，同時(shí)電阻端電極和二次保護(hù)包覆層交界不管是電鍍存在的孔隙或縫隙，還是焊接工藝異常造成的縫隙，空氣中的硫化物通過硅膠的吸附，硅膠具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，硅膠的比表面積達(dá)500-600m2/g[3]，這樣硅膠中的硫化物濃度不斷增加，由于硅膠灌注在電阻上面，這樣硅膠中的硫化物很容易通過電阻端電極和二次保護(hù)包覆層交界孔隙或縫隙進(jìn)入到電阻面電極，導(dǎo)致面電極材料中的Ag被硫化，生成低電導(dǎo)率的硫化銀，從而導(dǎo)致電阻的阻值增大直至開路。

1.3 如何進(jìn)行防硫化

防硫化電阻的工藝原理：防硫化電阻是通過延長二次保護(hù)包覆層設(shè)計(jì)尺寸，同時(shí)讓底層電極覆蓋上二次保護(hù)，并達(dá)到一定尺寸，在電鍍時(shí)，Ni層和Sn層均能容易地覆蓋上二次保護(hù)層。這樣避免了相對薄弱的二次保護(hù)包覆層邊緣直接暴露于空氣環(huán)境中，提高了產(chǎn)品的防硫化能力；材料角度出發(fā)，提高面電極Ag/Pd漿料中鈀的含量，把鈀的含量從通常的0.5%提高到10%以上，由于漿料中鈀含量的提高，鈀的穩(wěn)定性提高了電阻抗硫化能力。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這種方法有效；

2 電阻硫化判斷

元素的確定：電鏡掃描是硫化確認(rèn)的最終標(biāo)準(zhǔn)，硫化后產(chǎn)生的硫化銀導(dǎo)致電阻分層開路，但分析過程中有分層消失的情況，即電極端接觸到電阻體本身，導(dǎo)致故障現(xiàn)象消失，如果分層消失了，S元素和Ag元素還在，仍然能確定電阻存在硫化[3]。

2.1 硫化誤區(qū)

有部分論文認(rèn)為硅膠會(huì)吸附硫元素，進(jìn)而導(dǎo)致電子元件中Ag元素與S元素反應(yīng)，形成硫化銀，這種猜想有理論基礎(chǔ)，但硫從何而來，這個(gè)問題尚未確定，硅膠本身還是一種橡膠。本身不含硫元素，硅膠固化的過程是硫化的過程，但已經(jīng)不是和硫反應(yīng)，而是和固化劑反應(yīng)，硅橡膠未硫化的時(shí)候，分子是線性的，短的，在過氧化物或者珀金的催化下，他們發(fā)生架橋（硫化），分子鏈加長，部分在空間上連接，彷如一根木頭，搭建成為各種不同的形狀的空間結(jié)構(gòu)。發(fā)生架橋的鍵就是木頭的交接點(diǎn)，所以通常指的硅膠硫化并非和硫反應(yīng)，而是行業(yè)內(nèi)統(tǒng)稱的固化反應(yīng)。

2.2 電阻硫化現(xiàn)象是否一定是穩(wěn)定的

不一定，硫化的最終失效點(diǎn)是在于硫化物將電阻體和電極分層導(dǎo)致開路，最終形成硫化后的電阻失效現(xiàn)象，從電阻個(gè)體來說，這種現(xiàn)象是穩(wěn)定的；但是從分析角度來說，不一定，電極本身是金屬合金，有較好的延展性，硫化部分相當(dāng)于一個(gè)支撐點(diǎn)，將兩種材質(zhì)隔離分開后，表現(xiàn)為電阻開路，但是，在分析過程中，縱向研磨掉硫化物后，就有一定比例的故障品會(huì)出現(xiàn)電阻恢復(fù)的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象就會(huì)讓分析進(jìn)入一個(gè)誤區(qū)：為什么故障消失了，這個(gè)電阻是不是硫化了。

2.3 樣品的制備

硫化點(diǎn)的存在很小，肉眼不可辨識(shí)，需要先進(jìn)行鑲嵌，再進(jìn)行研磨，鑲嵌后電阻本身定位難度會(huì)增加，只能通過人工技巧和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行處理，研磨的時(shí)候很容易出現(xiàn)研磨過度的情況，一旦研磨過度，故障現(xiàn)象就會(huì)消失，所以在人和電鏡配合過程中，需要極其精準(zhǔn)小心的完成，定位鑲嵌，放大鏡觀察確認(rèn)，研磨，放大鏡再確認(rèn)研磨點(diǎn)，電鏡掃描，最終確認(rèn)。預(yù)防故障消失的根本手段，在于研磨可控，不出現(xiàn)研磨過度的情況，基本能鎖定故障現(xiàn)象。