高壓真空開關管黃斑現象的剖析

2014-07-13 楊衛英 中國工程物理研究院

  在使用高壓真空開關管時,發現器件表面出現黃斑現象,不能滿足焊接要求。經分析發現:對其金屬零件進行雙層電鍍———鍍鎳和鍍銀,如果銀層在0.7 μm 以下,在后序的焊接熱處理過程中銀層被熔化,原來均勻、致密的鍍銀層被重新分布后,銀層變得不均勻,露出的鎳占銀的50%,在烘烤排氣時露出表面的鎳被氧化,呈現黃色現象,并進一步擴散到銀層下面的鎳區域,使銀層與鎳層結合不牢;銀層在2 μm以上時,熱處理后,出現銀堆積現象,不能滿足要求;銀層厚度在1 μm~2 μm范圍時,釬焊熱處理后,即使露出8%左右的鎳,鎳不會氧化。

  高壓真空開關管為電真空器件,是構成電子組件的關鍵器件之一,起高壓大電流快速閉合開關、控制開關導通時間的作用,已廣泛地應用于電力、船舶、建筑、航空航天等各個領域。高壓真空開關管為由陶瓷- 金屬封接而構成的一氣密性要求很嚴的器件,在其制造過程中,對構成高壓開關管的零件要求進行相應的工藝處理,如陶瓷要進行金屬化,金屬零件要進行清洗、電鍍等表面處理,從而滿足陶瓷- 金屬封接的要求,然后再進行零部件釬焊、組裝成密封器件,最后上排氣臺———對高壓開關管進行烘烤排氣,到此完成了高壓開關管的制造過程。在使用過程中高壓開關管需要通過一定的方式與其它元件相連接,在連接過程中發現引線與高壓開關管的金屬表面焊接時,引線很容易脫落,并且當輕微的外力作用于金屬表面時,金屬表面還出現黃斑現象,該現象影響了高壓開關管的質量和合格率,給生產帶來了很大的經濟損失。

  為分析該現象,真空技術網(http://smsksx.com/)發布此文主要介紹了原因分析過程———運用掃描電鏡、X 射線熒光測厚等分析方法進行了分析,結合生產實踐進行了相應的工藝實驗,找到了引起黃斑現象的原因和解決措施。

1、黃斑現象與鍍層厚度的關系

1.1、黃斑的微觀形貌及成分分析

  黃斑產生的位置是器件上的金屬部分,見圖1,該金屬的構成見示意圖2。

高壓真空開關管黃斑現象的剖析

圖1 器件上黃斑現象

圖2 黃斑部分的金屬構成示意圖

  由黃斑的現象及示意圖可知,黃斑現象可能是鍍銀層被氧化或鍍銀層脫落、現出鍍銀層下面的鍍鎳層,示意圖的基材層現出的可能性非常小,因為上面有兩層覆蓋層:最上面為銀層(厚度0.5 μm~3 μm),中間為鎳層,厚度在15 μm 以上。為了探究黃斑處的成分及微觀形貌,運用掃描電鏡進行了分析,結果見圖3 和表1:由顯微形貌結果看表面的銀層已出現打卷現象,由黃斑的成分分析結果看,銀的重量含量從百分比看只有0.98,鎳含量很高,達到93.25。

高壓真空開關管黃斑現象的剖析

圖3 黃斑的電鏡微觀形貌

3、結論

  高壓開關管的黃斑現象與鎳層露出到銀層表面有關,在試驗中發現,當基材金屬表面只覆蓋單鍍層———鎳層時,經過烘烤排氣后,鎳層不會被氧化,因此也不會出現黃斑現象,而當金屬表面覆蓋雙鍍層鎳層和銀層時,在銀層厚度偏薄時,鎳露出表面,這種情況下鎳層容易被氧化,出現黃斑現象,這與銀、鎳共同存在時,鎳容易失去電子,使銀得到保護的原因有關。