商用空调控制器的硫化判断和误区

方玉胡

天加环境科技有限公司 江苏南京 210046

硅胶产品在工业范围内运用很广，从电子产品，医疗产品，航空航天，自动涂彩甚至美容假体等，在电子行业中，硅胶的引入被视为高端工艺引入，成本相对较高，固化周期相对较长，但外观亮眼，除了附着性好以外，还有很好的稳定性，抗冲击能力等，出于硅胶在各行各业出类拔萃的口碑，硅胶成为了许多优秀电子品牌的首选。如格力，美的，中兴，三花等，但长期使用后，他们都付出了硫化的代价，在这种有机材料配合到合金材料后，产生了意想不到的反应——硫化。于是硅胶配合电阻出现硫化的问题大批量的出现[1]。

硫化的故障的隐蔽点在于，出现在1年以后，2年开始数量急剧增加，3年达到顶峰，用普通的电阻配合硅胶使用，硫化几乎是100%会出现的问题。

1 硫化产生的原因

1.1 电阻结构

电阻本身结构是由陶瓷基片作为绝缘基材，在基材上涂覆电阻体，形成较低阻值的电阻，真空状态下溅射合金电极，增加一次保护层，进行镭射光刻，形成定值电阻，增加二次保护层，完成打标，最后完善电极层，形成电阻，贴片电阻特点，电阻体积小，镭射光刻，精度高，整体贴近板面，有较大的电极保护，方便散热，因此故障率极低。

1.2 硫化形成原因

加成型硅胶固化时没有副产物，所以电气特性和固化特性稳定，无腐蚀性。缺点是催化剂遇到下列物质（如硫、胺、磷化合物）易中毒，而不能固化。在DC/DC模块电源中通常使用加成型硅橡胶。加成型硅橡胶RTVS6354LV是双组分硅胶，A/B两部分硅胶按质量比1∶1混合后，含乙烯基的聚二甲基硅氧烷作为基础聚合物，低相对分子质量的含氢硅油作为交联剂，在铂系催化剂作用下进行交联反应，开始固化。凡是能与橡胶发生硫化反应或使之交联的物质统称为硫化剂，又称为交联剂高温可缩短固化时间。把该硅胶送到微电子材料与元器件微分析中心，进行硅胶成分分析，结果显示硅胶成分中不含硫[2]。

虽然硅胶本身不含硫，但硅胶具有多孔结构，对空气中极性分子硫化物有较强的吸附作用。单组分和双组分的硅胶都有这种特性。综上所述，灌封硅胶DC/DC模块电源的电阻硫化是由于周围空气中含有硫化物，而硅胶对硫化物有吸附作用，同时电阻端电极和二次保护包覆层交界不管是电镀存在的孔隙或缝隙，还是焊接工艺异常造成的缝隙，空气中的硫化物通过硅胶的吸附，硅胶具有发达的微孔结构，硅胶的比表面积达500-600m2/g[3]，这样硅胶中的硫化物浓度不断增加，由于硅胶灌注在电阻上面，这样硅胶中的硫化物很容易通过电阻端电极和二次保护包覆层交界孔隙或缝隙进入到电阻面电极，导致面电极材料中的Ag被硫化，生成低电导率的硫化银，从而导致电阻的阻值增大直至开路。

1.3 如何进行防硫化

防硫化电阻的工艺原理：防硫化电阻是通过延长二次保护包覆层设计尺寸，同时让底层电极覆盖上二次保护，并达到一定尺寸，在电镀时，Ni层和Sn层均能容易地覆盖上二次保护层。这样避免了相对薄弱的二次保护包覆层边缘直接暴露于空气环境中，提高了产品的防硫化能力；材料角度出发，提高面电极Ag/Pd浆料中钯的含量，把钯的含量从通常的0.5%提高到10%以上，由于浆料中钯含量的提高，钯的稳定性提高了电阻抗硫化能力。实验证实，这种方法有效；

2 电阻硫化判断

元素的确定：电镜扫描是硫化确认的最终标准，硫化后产生的硫化银导致电阻分层开路，但分析过程中有分层消失的情况，即电极端接触到电阻体本身，导致故障现象消失，如果分层消失了，S元素和Ag元素还在，仍然能确定电阻存在硫化[3]。

2.1 硫化误区

有部分论文认为硅胶会吸附硫元素，进而导致电子元件中Ag元素与S元素反应，形成硫化银，这种猜想有理论基础，但硫从何而来，这个问题尚未确定，硅胶本身还是一种橡胶。本身不含硫元素，硅胶固化的过程是硫化的过程，但已经不是和硫反应，而是和固化剂反应，硅橡胶未硫化的时候，分子是线性的，短的，在过氧化物或者珀金的催化下，他们发生架桥（硫化），分子链加长，部分在空间上连接，彷如一根木头，搭建成为各种不同的形状的空间结构。发生架桥的键就是木头的交接点，所以通常指的硅胶硫化并非和硫反应，而是行业内统称的固化反应。

2.2 电阻硫化现象是否一定是稳定的

不一定，硫化的最终失效点是在于硫化物将电阻体和电极分层导致开路，最终形成硫化后的电阻失效现象，从电阻个体来说，这种现象是稳定的；但是从分析角度来说，不一定，电极本身是金属合金，有较好的延展性，硫化部分相当于一个支撑点，将两种材质隔离分开后，表现为电阻开路，但是，在分析过程中，纵向研磨掉硫化物后，就有一定比例的故障品会出现电阻恢复的现象。这种现象就会让分析进入一个误区：为什么故障消失了，这个电阻是不是硫化了。

2.3 样品的制备

硫化点的存在很小，肉眼不可辨识，需要先进行镶嵌，再进行研磨，镶嵌后电阻本身定位难度会增加，只能通过人工技巧和经验进行处理，研磨的时候很容易出现研磨过度的情况，一旦研磨过度，故障现象就会消失，所以在人和电镜配合过程中，需要极其精准小心的完成，定位镶嵌，放大镜观察确认，研磨，放大镜再确认研磨点，电镜扫描，最终确认。预防故障消失的根本手段，在于研磨可控，不出现研磨过度的情况，基本能锁定故障现象。