剖析 iNEMI 爬行腐蚀白皮书,验证电子产品是否会发生 Creep Corro

2020-06-19
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剖析 iNEMI 爬行腐蚀白皮书,验证电子产品是否会发生 Creep Corro

您知道空气中的硫化物,会造成爬行腐蚀(Creep Corrosion)吗?如何简便迅速地确认爬行腐蚀是否会发生?

近年来由于人工智慧(AI)、大数据、5G、物联网(IOT)与边缘运算的广泛应用,随着这些题材的发酵,让云端资料处理中心硬体设备的可靠度能力越来越受到重视。而在全球日趋严重的空气污染威胁下,无论是在室内或是室外的空气品质也都将会直接或间接地影响云端资料处理中心电子设备的使用寿命。

一般来说,这些电子产品易受到环境中的腐蚀性气体、水分、污染物和悬浮微粒的影响,让敏感性电子元件与印刷电路板产生爬行腐蚀(Creep Corrosion)的失效现象,严重恐导致设备电气短路故障的风险。因此,在产品出厂前,验证未来产品是否有抵抗爬行腐蚀的能力极为重要。

快速了解》爬行腐蚀(Creep corrosion)

爬行腐蚀是属于硫化腐蚀(Sulfur Corrosion)其中一种的失效机理,典型的案例可由印刷电路板(Print Circuit Board;PCB,见图一)与导线架封装(Leadframe Packages,见图二)元件最为常见。由于裸露的金属铜接触到环境中硫化物的腐蚀性气体进行反应生成硫化亚铜(Cu2S)的腐蚀产物,其固体腐蚀物沿着电路与阻焊层 / 封装材料表面迁移生长的过程,导致相邻焊盘和电路间的电气短路失效现象,我们称之为爬行腐蚀的失效模式。剖析 iNEMI 爬行腐蚀白皮书,验证电子产品是否会发生 Creep Corro

图一:印刷电路的爬行腐蚀。

剖析 iNEMI 爬行腐蚀白皮书,验证电子产品是否会发生 Creep Corro

图二:导线架封装元件的爬行腐蚀(受限于导线架镀层与封装材料气密性)。

1. 如何验证爬行腐蚀(Creep corrosion)──传统 MFG 试验手法

传统爬行腐蚀验证方法,会採用混合流动气体(Mixed Flowing Gas,MFG)腐蚀试验,其可控制试验参数,包括温度、湿度、腐蚀性气体的种类、浓度与流速等,并可以不断地置换反应器内部的腐蚀性气体。

由于其可控制的试验参数众多、架设複杂且能持续地提供新鲜的腐蚀性气体的特性,因此对于实际终端的环境条件具备较高的模拟能力与试验的应用性,但却也同时造成试验成本昂贵的问题,并非能所有产业链的客群所接受并採用。

2. 便宜简便的传统 FoS 试验手法,可以验出爬行腐蚀(Creep corrosion)吗?

传统的 FoS 试验(ASTM B809 FoS),由于可控制的试验参数只包含温度与湿度,参数较少、架设简易且为单一硫化物腐蚀性气体做试验的特性,相对于 MFG 试验,FoS 实验成本低、测试时间短,不过却也同时造成试验应用性较低的问题。

此外,只含单一硫化物腐蚀性气体,亦是无法诱发表面爬行机理的产生;即便是在高湿度的试验条件下,我们也只能观察到腐蚀产物虽有轻微的迁移生长,但却只局限于金属表面的区域而不会有任何爬行腐蚀的特徵现象。

也就说,若要有效验证「爬行腐蚀」(Creep Corrosion)的失效问题,使用传统 FoS 试验(ASTM B809 FoS)手法,是测不太出来的!

一般传统的 ASTM B809 FoS 试验方法其主要目的,是用来评估金属镀层的孔隙度,所以绝大部分所观测到腐蚀现象是属于「孔隙腐蚀」(Pitting / Pore Corrosion)而并非所谓的「爬行腐蚀」。

3. 新型 iNEMI FoS 试验手法快速简便验证爬行腐蚀(Creep Corrosion)

MFG 的试验成本昂贵、测试时间长;而传统 FoS 试验成本便宜、测试时间短,但却无法有效测出爬行腐蚀(Creep Corrosion)。

为解决此一窘境,国际电子生产商联盟(International Electronics Manufacturing Initiative,iNEMI)于 2018 年 8 月特别针对爬行腐蚀的验证发表了一份白皮书(White Paper,见图三)。

而其中,宜特实验室与国际系统大厂共同剖析造成爬行腐蚀的关键因子,并研究开发出符合经济效益、简便迅速地验证电子产品爬行腐蚀失效的测试方法:iNEMI 硫磺蒸气(Flower of Sulfur,FoS)腐蚀试验。剖析 iNEMI 爬行腐蚀白皮书,验证电子产品是否会发生 Creep Corro

图三:iNEMI 的爬行腐蚀验证白皮书(White Paper_iNEMI FoS Test)。

4. 新型 iNEMI FoS 与传统 FoS 试验差异之处?

iNEMI FoS 此实验设计有别于传统的 FoS 试验(ASTM B809 FoS)方法,其主要差异如以下所示:

除此之外,相较于 MFG 国际规範的试验条件中,其氯气的浓度普遍偏低(≤ 50 ppb),由于 iNEMI FoS 试验条件具备较高浓度的氯气(≥ 100 ppb),因此更能有效地验证电子产品爬行腐蚀失效的问题。剖析 iNEMI 爬行腐蚀白皮书,验证电子产品是否会发生 Creep Corro

表一:各种硫磺蒸气(Flower of Sulfur,FoS)腐蚀试验方法的比较。

5. iNEMI FoS 爬行腐蚀失效的判定标準

iNEMI FoS 试验结果的判定标準可区分为外观检测与功能性 / 电性量测,一般皆以功能性量测的结果为最终试验成果的判定依据。但唯有爬行腐蚀的失效试验,可以直接藉由外观检测的结果来进行最终试验成果的判定,其外观检测的判定标準如下表所示:剖析 iNEMI 爬行腐蚀白皮书,验证电子产品是否会发生 Creep Corro

表二:iNEMI FoS Test 爬行腐蚀失效的判定标準。

电子产品验证测试实验室──宜特科技提供各种抗硫化测试的服务,并且结合 ANSI / ISA-71.04-2013 标準在试验过程中评估此加速试验在 G2 或 G3 环境腐蚀等级的模拟年限;亦可结合实际终端环境的腐蚀程度并採以客製化的实验设计协助评估产品抗硫化腐蚀的寿命验证服务。若您想要更进一步了解细节,欢迎洽询 +886-3-579-9909 分机 1068 或 Email:marketing_tw@istgroup.com。

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