商用空調控制器的硫化判斷和誤區

方玉胡

天加環境科技有限公司 江蘇南京 210046

硅膠產品在工業范圍內運用很廣，從電子產品，醫療產品，航空航天，自動涂彩甚至美容假體等，在電子行業中，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，還有很好的穩定性，抗沖擊能力等，出于硅膠在各行各業出類拔萃的口碑，硅膠成為了許多優秀電子品牌的首選。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，在這種有機材料配合到合金材料后，產生了意想不到的反應——硫化。于是硅膠配合電阻出現硫化的問題大批量的出現[1]。

硫化的故障的隱蔽點在于，出現在1年以后，2年開始數量急劇增加，3年達到頂峰，用普通的電阻配合硅膠使用，硫化幾乎是100%會出現的問題。

1 硫化產生的原因

1.1 電阻結構

電阻本身結構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，真空狀態下濺射合金電極，增加一次保護層，進行鐳射光刻，形成定值電阻，增加二次保護層，完成打標，最后完善電極層，形成電阻，貼片電阻特點，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，方便散熱，因此故障率極低。

1.2 硫化形成原因

加成型硅膠固化時沒有副產物，所以電氣特性和固化特性穩定，無腐蝕性。缺點是催化劑遇到下列物質（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兩部分硅膠按質量比1∶1混合后，含乙烯基的聚二甲基硅氧烷作為基礎聚合物，低相對分子質量的含氫硅油作為交聯劑，在鉑系催化劑作用下進行交聯反應，開始固化。凡是能與橡膠發生硫化反應或使之交聯的物質統稱為硫化劑，又稱為交聯劑高溫可縮短固化時間。把該硅膠送到微電子材料與元器件微分析中心，進行硅膠成分分析，結果顯示硅膠成分中不含硫[2]。

雖然硅膠本身不含硫，但硅膠具有多孔結構，對空氣中極性分子硫化物有較強的吸附作用。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，同時電阻端電極和二次保護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，硅膠具有發達的微孔結構，硅膠的比表面積達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包覆層交界孔隙或縫隙進入到電阻面電極，導致面電極材料中的Ag被硫化，生成低電導率的硫化銀，從而導致電阻的阻值增大直至開路。

1.3 如何進行防硫化

防硫化電阻的工藝原理：防硫化電阻是通過延長二次保護包覆層設計尺寸，同時讓底層電極覆蓋上二次保護，并達到一定尺寸，在電鍍時，Ni層和Sn層均能容易地覆蓋上二次保護層。這樣避免了相對薄弱的二次保護包覆層邊緣直接暴露于空氣環境中，提高了產品的防硫化能力；材料角度出發，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，鈀的穩定性提高了電阻抗硫化能力。實驗證實，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的最終標準，硫化后產生的硫化銀導致電阻分層開路，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，導致故障現象消失，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

有部分論文認為硅膠會吸附硫元素，進而導致電子元件中Ag元素與S元素反應，形成硫化銀，這種猜想有理論基礎，但硫從何而來，這個問題尚未確定，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，但已經不是和硫反應，而是和固化劑反應，硅橡膠未硫化的時候，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構。發生架橋的鍵就是木頭的交接點，所以通常指的硅膠硫化并非和硫反應，而是行業內統稱的固化反應。

2.2 電阻硫化現象是否一定是穩定的

不一定，硫化的最終失效點是在于硫化物將電阻體和電極分層導致開路，最終形成硫化后的電阻失效現象，從電阻個體來說，這種現象是穩定的；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，硫化部分相當于一個支撐點，將兩種材質隔離分開后，表現為電阻開路，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出現電阻恢復的現象。這種現象就會讓分析進入一個誤區：為什么故障消失了，這個電阻是不是硫化了。

2.3 樣品的制備

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