電子電氣緩蝕劑在印制電路板上的應用研究

邢新俠，袁猛，韋利軍

（中國特種飛行器研究所，結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室，荊門 448035）

引言

印制電路板是航空機載電子設備的主要部件[1]，其主要損傷形式是由包括振動、溫度、濕度、鹽霧等環境因素造成的腐蝕和磨損[2-4]。單一環境應力和綜合環境應力作用于接觸對位置，造成接觸部位切向摩擦和軸向擠壓電子，觸點出現微動磨損，觸點基底材料暴露后將繼續誘發接觸面氧化腐蝕，將導致電子電氣元器件電接觸性能退化甚至功能失效[5,6]。某型電子電氣緩蝕劑為一種濕膜、水置換型潤滑緩蝕劑，主要用于飛機電子電氣元器件的腐蝕防護及潤滑，可減少插拔應力和穩定接觸電阻，并預防振動-感應磨損引起的過早失效[7]。本文參照美軍標MIL-PRF-81309F的試驗方法[8]，結合國內飛機的服役環境特點，以模擬印制電路板為應用對象進行應用技術研究。通過測量電子電氣緩蝕劑應用前后的接觸電阻，計算接觸電阻變化率，評估電子電氣緩蝕劑在不同服役溫度、長期高溫使用、以及反復插拔等應用條件下對模擬印制電路板接觸電阻的影響，為電子電氣緩蝕劑在航空裝備上的應用提供參考。

1 試驗

1.1 試驗件

每個試驗件有1套模擬印制電路板（銅鍍鎳鍍金）及2個邊緣連接器（銅鍍鎳鍍金）組成，每個邊緣連接器有50個觸點，連接后接觸應力在100～250 g之間[8]。試驗件共3件，分別進行溫度試驗、熱老化試驗及耐久性插拔試驗。其中溫度試驗件每個觸點焊接500 mm延長線以便試驗中測量接觸電阻，試驗件外觀形貌見圖1，熱老化試驗件和插拔耐久性試驗件上每個觸點不接延長線，試驗件外觀形貌見圖2。

圖1 溫度試驗試驗件

圖2 熱老化試驗件和耐久性試驗件

1.2 儀器設備

SU2000c型高低溫濕熱試驗箱(意大利AcS）； ZY9987型數字式微歐計（上海正陽儀表廠）。

1.3 接觸電阻測量

按照ASTM-B539規定條件即開路電位為50 mV、直流電不超過10 mA[9]，對每個接觸點電阻進行測量，計算試驗件100個觸點的接觸電阻平均值作為有效值。

1.4 溫度試驗

為評估不同服役溫度下電子電氣緩蝕劑對印制電路板接觸電阻的影響，使用高低溫濕熱試驗箱模擬飛機服役溫度進行試驗。由于試驗件本身接觸電阻受溫度影響較大，因此試驗件在不噴涂緩蝕劑的情況下，先按照圖3程序進行試驗，摸清試驗件接觸電阻變化規律，然后噴涂電子電氣緩蝕劑，再按圖3程序開展試驗。

圖3 溫度試驗程序

1.5 熱老化試驗

為了評估不同老化程度的電子電氣緩蝕劑對試驗件接觸電阻的影響，采用80 ℃的熱空氣對試驗件進行加速老化。試驗按照圖4程序在高低溫濕熱試驗箱內開展，期間250 h、500 h、750 h、1 000 h時，取出試驗件，并在25 ℃的環境下測試其接觸電阻。

圖4 熱老化試驗程序

1.6 插拔耐久性試驗

插拔耐久性試驗件噴涂電子電氣緩蝕劑后進行試驗。試驗時將2個電路板從2個邊緣連接器中拔出和插入循環125次。測量試驗件噴涂緩蝕劑前后的接觸電阻，在插拔25、50、75、100、125個循環后再次測試試驗件的接觸電阻。

2 結果與討論

2.1 溫度試驗

試驗件接觸電阻變化率r溫按公式（1）進行計算。溫度試驗的結果分析見表1。

表1 不同溫度下電子電氣緩蝕劑對接觸電阻的影響

式中：

r溫— 溫度試驗接觸電阻變化率；

R無— 不同測試溫度下，試驗件無緩蝕劑時的平均接觸電阻；

R有— 不同測試溫度下，試驗件涂覆緩蝕劑后的平均接觸電阻；

R25℃— 25 ℃時，未涂緩蝕劑試驗件的平均接觸電阻。

由表1可見，無緩蝕劑的試驗件本身接觸電阻隨溫度降低呈線性下降趨勢，這與試驗件的材料有關。噴涂緩蝕劑的試驗件隨溫度降低，緩蝕劑對其接觸電阻的影響逐漸增大，-55 ℃時平均接觸電阻變化率最大為3.04 %，低于MIL-PRF-81309F規定的10 mΩ（接觸電阻變化率約為66.7 %），在25～65 ℃的區間內緩蝕劑對試驗件接觸電阻影響不明顯，均未超過0.3 %。出現這種現象的原因首先是緩蝕劑本身為油脂類混合物，隨溫度降低粘度下降導致接觸電阻增大[10]，其次緩蝕劑含有水置換成分，在溫度下降過程可能與冷凝水分發生反應導致接觸電阻輕微變大。

2.2 熱老化試驗

圖5為不同老化時間的緩蝕劑對試驗件接觸電阻的影響情況。由圖5可見，經過1 000 h 的熱老化試驗，試驗件的接觸電阻僅下降了3 mΩ，接觸電阻變化率為2.1 %，遠低于MIL-PRF-81309F規定的10 mΩ（接觸電阻變化率約為66.7 %），可見緩蝕劑有較好的熱穩定性。整個老化過程中，前期接觸電阻變化較快，250 h后趨于穩定。出現這種現象的原因，考慮是在試驗的初期，電子電氣緩蝕劑受熱和氧氣的作用，引起基礎油和一些低分子添加劑的作用及加熱損耗，造成了接觸電阻的下降[11]，試驗后期緩蝕劑剩余物質基本穩定，接觸電阻不再產生明顯變化。

圖5 熱老化試驗結果

2.3 插拔耐久性試驗

接觸電阻很大程度上取決于接觸件的表面狀態，如果不使用電子電氣緩蝕劑，接觸面處于干磨狀態，嚴酷環境下磨損后，在腐蝕介質的作用下形成腐蝕物，將會造成接觸電阻增大，而使用緩蝕劑之后，避免或減輕了接觸面的磨損和氧化，從而有效保證了接觸電阻的穩定[12,13]。圖6為有電子電氣緩蝕劑的試驗件反復插拔不同周期后，接觸電阻的變化情況。由圖6可見試驗結束時，試驗件接觸電阻下降不超過0.5 mΩ，接觸電阻變化率為0.9 %，遠低于MIL-PRF-81309F規定的10 mΩ（接觸電阻變化率約為66.7 %），可見緩蝕劑有著良好的潤滑性和防腐性。

圖6 耐久性試驗結果

3 結論

1）溫度試驗中，隨溫度降低，電子電氣緩蝕劑對印制電路板接觸電阻的影響逐漸增大，最大接觸電阻變化率為3.04 %；熱老化試驗1 000 h后，試驗件最大接觸電阻變化率為2.1 %；插拔耐久性試驗125個循環后，試驗件接觸電阻變化率僅為0.9 %。三種試驗中，接觸電阻變化均低于MIL-PRF-81309F規定的10 mΩ或接觸電阻變化率66.7 %。

2）試驗用電子電氣緩蝕劑高低溫適應性強、性能穩定、潤滑性和防腐性優異，可滿足飛機的應用要求。