一种基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法技术

本发明专利技术属于电子器件腐蚀研究领域，具体为一种基于电化学阻抗谱的线性电子元器件(如：电容、电阻、电感)可靠性评价方法。该方法通过对电化学阻抗谱图形状分析，可以初步判断线性电子元器件是否发生腐蚀，再结合等效电路拟合分析及总阻抗测试结果，可进一步明确线性电子元器件腐蚀之后相较于原始状态的偏离程度。本发明专利技术中的电化学阻抗谱测试采用幅值为10mV的正弦波，测试频率为100kHz～100mHz，对测试后的电化学阻抗谱数据采用Zsimpwin软件进行图谱解析和数据拟合分析，实现对线性电子元器件可靠性的评价。本发明专利技术为在侵蚀性条件下使役的线性电子元器件的可靠性评价提供了有效方法和工具。和工具。和工具。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法


[0001]本专利技术属于印刷电路板的电子器件腐蚀研究领域，具体为一种基于电化学阻抗谱的线性电子元器件(如：电容、电阻、电感)可靠性评价方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的快速发展，电子产品已经成为当今信息社会的基础和先导。电子产品不仅应用于航天、航空和航海等国防尖端工业领域，还广泛用于民用工业和日常生活方面，如：通讯和家庭电子类消费产品，以满足人们日益增长的对信息、娱乐和医疗保健等的需求，它已成为衡量一个国家科学技术水平乃至综合国力的重要指标之一。而电子产品能够蓬勃发展至今，最离不开的就是其核心部件——印刷电路板。印刷电路板作为电子元器件的支撑体，可以说它几乎是所有电子产品和系统的基础，并且是一项非常重要的技术奇迹。
[0003]作为当代电子产品的核心部件，印刷电路板的质量会直接影响到整个电子设备的可靠性。现有研究表明，当电子产品在特定的环境中服役时，由于环境中湿度、温度、气体、污染等因素的影响，会使得其内部的印刷电路板发生腐蚀，而只要印刷电路板上的一个元器件或者一根导线发生腐蚀失效，就会使整个电子设备发生故障。目前，现有文献中已经针对印刷电路板的腐蚀失效进行了分析，主要结论为(以电容为例)：在湿度、温度等气候条件影响下，电容表面会逐渐形成液滴，在外加偏压的作用下电容表面会逐渐生成腐蚀产物和枝晶，而枝晶一旦将印刷电路板上的两个电极连接起来，流经体系的电流会立即增大6～7个数量级，在造成设备严重故障的同时还会有引发火灾的风险。不难想象，如果是汽车、飞机甚至是导弹这种精密设备的内部发生印刷电路板腐蚀，将会造成十分严重的后果。
[0004]然而，尽管目前已经明确了印刷电路板的腐蚀失效机制，但是对腐蚀之后线性电子元器件的可靠性评价还没有相应的方法和手段。若能提供一种线性电子元器件可靠性评价方法，不仅可以判断印刷电路板表面相应电子元器件是否发生腐蚀，也可以进一步明确其腐蚀程度，从而可以在一定程度上避免由腐蚀失效导致的严重后果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法，为电容、电阻、电感等电子器件腐蚀的相关研究提供了有效方法和工具。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法，包括以下步骤：
[0008]S1、获取电容样品的电化学阻抗谱测试数据，电化学阻抗谱测试数据包括纯电容以及腐蚀后的电容电化学阻抗谱测试数据；
[0009]S2、根据电容表面不同的腐蚀程度选取相应的等效电路模型，应用Zsimpwin软件对所述电化学阻抗谱数据进行拟合；
[0010]S3、观察在不同腐蚀程度下电容的Nyquist图形状变化，结合从步骤S2中获得的拟
合参数变化情况，将纯电容的数据作为对比，分析电容表面不同腐蚀程度时其可靠性变化；
[0011]S4、对原始电阻、电感及腐蚀后的电阻、电感按所述步骤S1
‑
S3进行电化学阻抗谱测试，随后分别对比分析电阻和电感元器件腐蚀前后的Nyquist图和总阻抗测试结果，对腐蚀之后的电阻、电感元器件的可靠性进行分析。
[0012]所述的基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法，步骤S1具体包括以下步骤：
[0013]S11、采用VSP电化学工作站对原始电容以及腐蚀后的电容进行二电极法电化学阻抗谱测试，腐蚀后的电容是指电容表面有腐蚀产物、枝晶存在，EIS扰动电压幅度为10mV的正弦电压信号，扫描频率为100mHz～100kHz。
[0014]所述的基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法，步骤S2中，等效电路模型图有两种，一种是单电容元器件模型，适用于分析纯电容的电化学阻抗谱数据；另一种是单电阻和单电容元器件并联模型，适用于分析腐蚀后电容的电化学阻抗谱数据。
[0015]所述的基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法，步骤S3中，拟合参数为电容值C和电阻值R，拟合参数随电容表面腐蚀程度不同具有如下演变规律：
[0016]电容值C基本保持不变；
[0017]电阻值R随着电容表面腐蚀产物及枝晶的生成逐渐降低；
[0018]观察电容表面不同腐蚀程度时Nyquist图的形状变化，同时结合拟合所得的参数R和C随电容表面不同腐蚀程度的变化情况，对电容的可靠性进行分析。
[0019]所述的基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法，步骤S3中，不同腐蚀程度下电容的Nyquist图形状有如下变化趋势：
[0020]纯电容的电化学阻抗谱Nyquist图是一条垂直于X轴的直线；
[0021]电容表面有液滴、腐蚀产物及枝晶生成时，电化学阻抗谱Nyquist图由一条弧线逐渐转变为半圆状，说明此时在腐蚀的影响下电容已经偏离了本身的特征，逐渐表现出具有了电阻特征。
[0022]所述的基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法，步骤S4具体包括以下步骤：
[0023]S41、原始电容的电化学阻抗谱为一条平行于Y轴的直线，即只有虚部的阻抗；当电容表面生成腐蚀产物时，其电化学阻抗谱是一条弧线，此时由于腐蚀产物的影响使电容已经偏离了本身的电学性能，表现出具有了电阻特征；当电容表面生成枝晶且枝晶将阴阳极连通时，其电化学阻抗谱呈半圆状，此时由于枝晶的影响电容已经展现出了更加明显的电阻特征，而这种特征的改变势必会使流经体系的电流增大，从而造成电子器件严重故障；
[0024]S42、电化学阻抗谱拟合结果表明，电容表面有腐蚀产物、枝晶存在时相当于在原始电容两端并联了一个电阻，随着腐蚀的进行，电容本身的数值大小基本不变，电容表面并联的电阻值逐渐降低，其中枝晶的电阻值最小；所并联的电阻值越小，电容偏离其本身的电学性能就越多，表现出的电阻特征越明显，从而导致流经体系的电流越大，引发严重后果的风险越高；
[0025]S43、原始电阻的Nyquist图由于空气中电容以及线路电容的影响偏离了标准电阻的Nyquist图形状，标准电阻的Nyquist图为实轴上的一个点，原始电阻在腐蚀后Nyquist图形状发生了较大的变化；电阻腐蚀之后其Nyquist图显示出了两段弧的特征，表明了腐蚀产
物的影响；由于腐蚀产物的影响使得电阻的实际值降低，而电阻的减小会使得流经体系的电流增大，从而提高了电子器件短路的风险；
[0026]S44、原始电感的Nyquist图为在第四象限平行于y轴的一条直线；而当电感内部的线圈发生腐蚀时，其Nyquist图显示出了容抗弧的特征；腐蚀之后的电感其总阻抗提高使得电子器件偏离其正常工作状态，导致发生故障。
[0027]本专利技术的设计思想是：
[0028]本专利技术方法通过对电化学阻抗谱图形状分析，可以初步判断线性电子元器件是否发生腐蚀，再结合等效电路拟合分析及总阻抗测试结果，可进一步明确线性电子元器件腐蚀之后相较于原始状态的偏离程度。这不仅可以为印刷电路板上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取电容样品的电化学阻抗谱测试数据，电化学阻抗谱测试数据包括纯电容以及腐蚀后的电容电化学阻抗谱测试数据；S2、根据电容表面不同的腐蚀程度选取相应的等效电路模型，应用Zsimpwin软件对所述电化学阻抗谱数据进行拟合；S3、观察在不同腐蚀程度下电容的Nyquist图形状变化，结合从步骤S2中获得的拟合参数变化情况，将纯电容的数据作为对比，分析电容表面不同腐蚀程度时其可靠性变化；S4、对原始电阻、电感及腐蚀后的电阻、电感按所述步骤S1
‑
S3进行电化学阻抗谱测试，随后分别对比分析电阻和电感元器件腐蚀前后的Nyquist图和总阻抗测试结果，对腐蚀之后的电阻、电感元器件的可靠性进行分析。2.如权利要求1所述的基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：S11、采用VSP电化学工作站对原始电容以及腐蚀后的电容进行二电极法电化学阻抗谱测试，腐蚀后的电容是指电容表面有腐蚀产物、枝晶存在，EIS扰动电压幅度为10mV的正弦电压信号，扫描频率为100mHz～100kHz。3.如权利要求1所述的基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法，其特征在于，步骤S2中，等效电路模型图有两种，一种是单电容元器件模型，适用于分析纯电容的电化学阻抗谱数据；另一种是单电阻和单电容元器件并联模型，适用于分析腐蚀后电容的电化学阻抗谱数据。4.如权利要求1所述的基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法，其特征在于，步骤S3中，拟合参数为电容值C和电阻值R，拟合参数随电容表面腐蚀程度不同具有如下演变规律：电容值C基本保持不变；电阻值R随着电容表面腐蚀产物及枝晶的生成逐渐降低；观察电容表面不同腐蚀程度时Nyquist图的形状变化，同时结合拟合所得的参数R和C随电容表面不同腐蚀程度的变化情况，对电容的可靠性进行分析。5.如权利要求1所述的基于电化学阻抗谱的线性电子元器件可靠性评价方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑛，都诗瑶，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：