集成電路可靠性試驗―鹽霧技術(shù)研究

　　1 前言

　　鹽霧試驗是集成電路可靠性試驗之一，它可以用來檢驗產(chǎn)品的抗腐蝕環(huán)境能力的強弱。而鹽霧試驗所需的條件又比較多，這些條件會對試驗產(chǎn)生一定的影響。

　　2 試驗

　　一般我們做鹽霧試驗的條件是鹽液：NaCl(無水);pH值：6.5～7.2;溫度：32-38℃;鹽霧沉積率：20000～50000/m2 (24h);鹽霧持續(xù)時間：24h，48h，96h，240h;鹽濃度：0.5%-3%。

　　鹽霧沉積率與鹽濃度是相對應(yīng)的，這是因為它們之間的對應(yīng)關(guān)系如下式

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　　Sd為鹽霧沉積率;[Cl]-為氯離子濃度。

　　因為鹽濃度就是氯離子濃度,所以鹽濃度與鹽霧沉積率之間是相對應(yīng)的。

　　根據(jù)以上條件可以判斷，在進行鹽霧試驗時，影響試驗的主要條件有以下幾點：溫度;鹽液濃度;氧的溶解度;流速。

　　為了驗證以上的條件對試驗的影響，本文選用若干表面干凈的電路按下列方法進行試驗驗證。

　　方法1：鹽選用NaCl(無水);溫度為35℃;時間為24h。流速一定;按鹽濃度為1%，2%，3%，4%，5%分五組進行試驗，每一組五個電路。

　　方法2：鹽選用NaCl(無水);濃度為3%;鹽霧沉積率為50000/m2*24h;時間為24h。流速一定;按溫度20℃，25℃，30℃，35℃，40℃，50℃分六組進行試驗，每一組五個電路。

　　方法3：鹽選用NaCl(無水);濃度為3%;鹽霧沉積率為50000/m2(24h);時間為24h。溫度為35℃;按流速正常和流速變大分兩組進行試驗，每一組五個電路。

　　另外，為了研究樣品的擺放對試驗的影響，我們用方法4進行試驗。

　　方法4：將15只樣品平均分成三組，蓋板向上，樣品偏離垂直方向30°,45°,75°,90°進行試驗，其他試驗條件是：鹽選用NaCl(無水);濃度為3%;鹽霧沉積率為：50000/m2(24h);時間為24h。流速一定;溫度為35℃。

　　試驗后用純凈水清洗電路，放置1小時后，試驗結(jié)果見表1。

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　　3 試驗分析

　　本文對以上試驗結(jié)果進行了分析。在鹽霧試驗中，由于各種金屬的電極電位不同以及它們在鹽液中的過電位大小不一，所以在鹽霧中會發(fā)生很多的 電化學反應(yīng)。在陽極是金屬失去電子，成為離子，在陰極發(fā)生的電化學反應(yīng)類型有析氫反應(yīng)和氧去極化反應(yīng)等，其中氧去極化反應(yīng)(吸氧反應(yīng))是最主要的反應(yīng)類型。它是由于鹽液中含有的溶解氧而 造成的，溶液中的氧可通過擴散作用不斷地向陰極區(qū)移動。

　　氧向電極表面擴散決定整個吸氧腐蝕過程的速度，因為氧在鹽溶液的溶解度是有限的，吸氧腐蝕速度往往被氧向金屬表面的擴散速度所控制，也就是說，金屬腐蝕速度是與氧在陰極還原的極限電流密度相一致的。

　　氧向陰極擴散速度由Fick第二定律得出

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　　式中，D為溶解氧擴散系數(shù);δ為擴散層厚度;Ce為電極表面氧的濃度;C為溶液中氧的濃度。

　　電極反應(yīng)速度可由法拉第定律得出

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　　id：極限電流密度;n：價數(shù);F：法拉第常數(shù)。

　　當電極反應(yīng)達到平衡，即擴散控制時：V1=V2由公式(2)、公式(3)得出

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　　由于隨著電極反應(yīng)的進行，電極附近氧原子不斷消耗，Ce降低，當Ce→0時，公式(4)可變?yōu)?/p>

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　　從公式(5)中可以看出，極限電流密度id與擴散層厚度δ、溶解氧擴散系數(shù)D、溶解氧的濃度C、價數(shù)n等有關(guān);極限電流密度的大小也就意味著腐蝕速度的大小;其中D與環(huán)境溫度成正比。