贮存条件下电子油对电连接器插针表面的影响★

2014-03-20李鹏蔡良续郑剑锋路浩天卢晓青

电子产品可靠性与环境试验 2014年3期

关键词：插针插孔谱分析

李鹏，蔡良续，郑剑锋，路浩天，卢晓青

（1.中国航空综合技术研究所，北京 100028；2.中航光电科技股份有限公司，河南洛阳 471003）

0 引言

随着电子领域的飞速发展，电连接器正朝着高密度、小体积、质量轻和多功能化，以及高可靠性的方向发展。对于电连接器来说，最基本的性能是插针插孔电接触的稳定性，在实际生产中，进行电镀后的插针需要浸入电子油后再与插孔进行插合。

电子油可减小接触电阻、提高电连接器的电接触性能。但由于工艺技术所限，目前电子油的成分未知。因此，电子油对电连接器表面状态的影响研究较少。

本文研究了在贮存条件下，电子油对电连接器中插针表面状态的影响，并提出电子油的使用建议，以供参考。

1 实验

1.1 实验样品

本实验样品为电连接器插针，规格为φ 0.9 mm，插针长度为6 mm，共10只。插针电镀工艺为铜合金基体镀镍后镀金，电镀完成后在电子油中浸入并与插孔插合。镀层结构如图1所示。

图1 镀层结构示意图

1.2 实验过程

对插针进行贮存试验，先将样品置于125℃的环境下进行高温贮存1000 h，再将样品置于常温下贮存6个月。高温贮存及常温贮存结束后，分别对样品进行微观检查。微观检查包括光学显微镜检查、扫描电镜检查及能谱分析。光学显微镜型号为Olympus SZX10，扫描电镜型号为Quanta 400，能谱型号为Oxford Inca 250。实验流程如图2所示。

图2 插针实验流程

2 实验结果

2.1 光学显微镜检查

图3为高温贮存后以及常温贮存后的光学显微镜检查照片。从图3（a）可以看出，经过高温贮存试验后，插针表面的颜色发生变化。在进行了常温贮存后，样品的表面出现凹坑，如图3（b）所示。

图3 样品各试验阶段光学显微镜照片

2.2 扫描电镜与能谱分析

样品经过光学显微镜检查后进行扫描电镜检查，实验结果如图3所示。从图4（a）、（b）中可看出样品表面均存在针孔与腐蚀坑的形貌。针孔由电镀工艺过程引起，而腐蚀坑则是贮存实验过程中产生的。对比图4（a）、（b）可知，经过常温贮存后，腐蚀坑的数量更多，凹坑直径更大。

由图1可知，插针镀层由内到外依次是铜、镍和金。对腐蚀坑进行能谱分析，谱图如图5所示。对腐蚀坑处各元素的含量进行分析，结果如表1所示。从能谱分析结果可看出，经过高温贮存与常温贮存后，腐蚀坑中均存在铜、镍、金、氯和氧等元素，且金元素含量很低，氧元素含量很高；未腐蚀处还有大量的金，少量的镍，且不含铜元素。这一结果表明：腐蚀坑处铜合金已无镀层保护，从表中可看出腐蚀坑中氯元素的含量较高，进一步地证实了插针表面发生了腐蚀。腐蚀坑中存在大量的氧，这表明腐蚀产物为氧化铜。

图4 样品各试验阶段的扫描电镜照片

图5 能谱分析谱峰图

表1 能谱分析元素含量表%

3 分析与讨论

3.1 电子油特性分析

电子油的主要作用是减小插针与插孔的接触电阻，提高插针的电性能。其成分无法由插针生产方控制，但经过分析，其作用机理应为离子导电。

能谱分析结果表明有较大量的氯元素残留在插针表面。而从文献 [1]-[3]中可知，实际的电镀过程中几乎不选用含氯的盐作为电解质，即使选用，每道工序之后都要进行若干次水洗，氯元素的含量不会超过1%。另一方面，插针在浸入电子油后直接插入插孔，不会出现沾污的情况。由此可知，含氯元素的化合物来自于电子油。

3.2 电子油对插针的影响

插针的贮存实验结果表明插针在贮存过程中发生了腐蚀。一般情况下，发生腐蚀需要满足以下条件：

1）存在电化学势不同的金属；

2）存在电解质溶液。

插针所含的材料分别为铜合金基体、镍镀层和金镀层，这3种材料的电化学势均不相同，满足发生腐蚀的第一个条件。

另一方面，由于工艺原因，插针镀层中的针孔不可避免[4-5]。在这种条件下，电子油的存在会导致腐蚀的发生，从而引起插针性能的下降。但是，在高温贮存条件与常温贮存条件下，电子油在腐蚀过程中所起的作用不尽相同。

在高温贮存条件下，电子油中含氯元素的化合物为电解质，使得含氯的化合物形成氯离子，并且在电子油中发生迁移。同时，液态的电子油可以作为铜合金与镍镀层、金镀层发生离子迁移的介质。因此，电子油的存在形成了电解质溶液，引起腐蚀。但是，由于电子油易挥发，高温贮存时，腐蚀仅发生在初期。当电子油溶剂挥发耗尽后，残存的溶质无法形成电解质溶液，在高温条件下将不会发生腐蚀。

高温贮存后，电子油溶剂挥发后，含氯的溶质会残留在插针上。常温贮存时，空气中的水汽在凹坑等部位聚集，形成微小的局部液滴，将残留的氯化物溶解，微小的电解质溶液池。导致电化学腐蚀的发生，使得插针表面的腐蚀更加严重。