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连接器产品之盐雾测试

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��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，由于各种金屬的電极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。在陽极是金屬失去電子，成為离子，在陰极發生的電化學反應類型有析氫反應和氧去极化反應等，其中氧去极化反應(吸氧反應)是*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极區移動。

氧向電极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极還原的极限電流密度相一致的。

氧向陰极擴散速度由Fick**定律得出

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

電极反應速度可由法拉第定律得出

id：极限電流密度；n：价數；F：法拉第常數。

當電极反應達到平衡，即擴散控制時：V1=V2由公式(2)、公式(3)得出

由于隨著電极反應的進行，電极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，但是當溫度超過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。當溫度高于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，但當濃度超過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。當濃度超過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*小；當α=90°時，t*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�%A

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