材料老化與外界環(huán)境的關(guān)系淺析

一、溫度應(yīng)力對產(chǎn)品的影響

   當(dāng)討論產(chǎn)品壽命時(shí),一般采用"θ℃規(guī)則"的表達(dá)方式。具體應(yīng)用時(shí)可以表達(dá)為"10℃規(guī)則"等，當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升10℃時(shí)，產(chǎn)品壽命就會減少一半；當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升20℃時(shí)，產(chǎn)品壽命就會減少到四分之一。這種規(guī)則可以說明溫度是如何影響產(chǎn)品壽命（失效）的。

高溫對產(chǎn)品的影響：老化、氧化、化學(xué)變化、熱擴(kuò)散、電遷移、金屬遷移、熔化、汽化變型等

低溫對產(chǎn)品的影響：脆化、結(jié)冰、粘度增大和固化、機(jī)械強(qiáng)度的降低、物理性收縮等

二、濕度對產(chǎn)品的影響

   高溫高濕條件作用試驗(yàn)樣品上，可以構(gòu)成水氣吸附、吸收和擴(kuò)散等作用。許多材料在吸濕后膨脹、性能變壞、引起物質(zhì)強(qiáng)度降低及其他主要機(jī)械性能的下降，吸附了水氣的絕緣材料不但會引起電性能下降，在一定條件下還會引發(fā)各種不同的失效，是影響電子產(chǎn)品ZUI主要的失效環(huán)境。

濕度對產(chǎn)品的影響：腐蝕、離子遷移、擴(kuò)散、水解、爆裂、霉菌、

濕度引起塑封半導(dǎo)體器件腐蝕的失效：

   在硅片上集成有大量電子元件的集成電路芯片及其元件通過導(dǎo)線連接起來構(gòu)成電路。由于鋁和鋁合金價(jià)格便宜，加工工藝簡單，因此通常被使用為集成電路的金屬線。從進(jìn)行集成電路塑封工序開始，水氣便會通過環(huán)氧樹脂滲入引起鋁金屬導(dǎo)線產(chǎn)生腐蝕進(jìn)而產(chǎn)生開路現(xiàn)象，成為品質(zhì)工程ZUI為頭痛的問題。人們雖然通過各種改善包括采用不同環(huán)氧樹脂材料、改進(jìn)塑封技術(shù)和提高非活性塑封膜為提高產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行了各種努力，但是隨著日新月異的半導(dǎo)體電子器件小型化發(fā)展，塑封鋁金屬導(dǎo)線腐蝕問題至今仍然是電子行業(yè)非常重要的技術(shù)課題。

鋁線中產(chǎn)生腐蝕過程：
① 水氣滲透入塑封殼內(nèi)→濕氣滲透到樹脂和導(dǎo)線間隙之中
② 水氣滲透到晶片表面引起鋁化學(xué)反應(yīng)

加速鋁腐蝕的一些因素（鋁金屬導(dǎo)線腐蝕反應(yīng)隨著是否施加偏壓而變化）

①樹脂材料與晶片框架接口之間連接不夠好（由于各種材料之間存在膨脹率的差異）。
②封裝時(shí)，封裝材料摻有雜質(zhì)或者雜質(zhì)離子的污染（由于雜質(zhì)離子的出現(xiàn)）。
③非活性塑封膜中所使用的高濃度磷。
④非活性塑封膜中存在的缺陷。

三、冷熱溫度沖擊對產(chǎn)品的影響

   高溫和低溫的失效都會反映在冷熱溫度沖擊試驗(yàn)中，冷熱沖擊試驗(yàn)只是加速了高溫和低溫失效的產(chǎn)生。下面歸納了實(shí)際生產(chǎn)或使用環(huán)境中存在的具有代表性的冷熱溫度沖擊環(huán)境，這些冷熱沖擊環(huán)境常常是導(dǎo)致產(chǎn)品失效的主要原因。

1．溫度的極度升高導(dǎo)致焊錫回流現(xiàn)象出現(xiàn)；

2．啟動(dòng)馬達(dá)時(shí)周圍器件的溫度急速升高，關(guān)閉馬達(dá)時(shí)周圍器件會出現(xiàn)溫度驟然下降；

3．設(shè)備從溫度較高的室內(nèi)移到溫度相對較低的室外，或者從溫度相對較低的室外移到溫度較高的室內(nèi)；

4．設(shè)備可能在溫度較低的環(huán)境中連接到電源上，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生陡峭的溫度梯度。在溫度較低的環(huán)境中切斷電源可能會導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生相反方向陡峭的溫度梯度；

5．設(shè)備可能會因?yàn)榻涤甓蝗焕鋮s；

6．當(dāng)航空器起飛或者降落時(shí)，航空器機(jī)載外部器材可能會出現(xiàn)溫度的急劇變化。

四、機(jī)械沖擊和振動(dòng)對產(chǎn)品的影響

   機(jī)械沖擊和振動(dòng)主要是針對處于劇烈振動(dòng)環(huán)境中的車用電子設(shè)備。可是ZUI近由于一般電子設(shè)備也因?yàn)槠浔銛y化而變得易受振動(dòng)，因此機(jī)械應(yīng)力的應(yīng)用范圍也廣泛了。

   機(jī)械應(yīng)力所造成的失效主要是連接器、繼電器等連接部件，當(dāng)然對裝配工藝不合理的設(shè)計(jì)也容易引起元器件的脫落和引線短裂，對元器件內(nèi)部工藝不良的產(chǎn)品會引起開路、短路、間歇連接。