集成电路可靠性试验―盐雾技术研究

　　1 前言

　　盐雾试验是集成电路可靠性试验之一，它可以用来检验产品的抗腐蚀环境能力的强弱。而盐雾试验所需的条件又比较多，这些条件会对试验产生一定的影响。

　　2 试验

　　一般我们做盐雾试验的条件是盐液：NaCl(无水);pH值：6.5～7.2;温度：32-38℃;盐雾沉积率：20000～50000/m2 (24h);盐雾持续时间：24h，48h，96h，240h;盐浓度：0.5%-3%。

　　盐雾沉积率与盐浓度是相对应的，这是因为它们之间的对应关系如下式

　　

 

　　Sd为盐雾沉积率;[Cl]-为氯离子浓度。

　　因为盐浓度就是氯离子浓度,所以盐浓度与盐雾沉积率之间是相对应的。

　　根据以上条件可以判断，在进行盐雾试验时，影响试验的主要条件有以下几点：温度;盐液浓度;氧的溶解度;流速。

　　为了验证以上的条件对试验的影响，本文选用若干表面干净的电路按下列方法进行试验验证。

　　方法1：盐选用NaCl(无水);温度为35℃;时间为24h。流速一定;按盐浓度为1%，2%，3%，4%，5%分五组进行试验，每一组五个电路。

　　方法2：盐选用NaCl(无水);浓度为3%;盐雾沉积率为50000/m2*24h;时间为24h。流速一定;按温度20℃，25℃，30℃，35℃，40℃，50℃分六组进行试验，每一组五个电路。

　　方法3：盐选用NaCl(无水);浓度为3%;盐雾沉积率为50000/m2(24h);时间为24h。温度为35℃;按流速正常和流速变大分两组进行试验，每一组五个电路。

　　另外，为了研究样品的摆放对试验的影响，我们用方法4进行试验。

　　方法4：将15只样品平均分成三组，盖板向上，样品偏离垂直方向30°,45°,75°,90°进行试验，其他试验条件是：盐选用NaCl(无水);浓度为3%;盐雾沉积率为：50000/m2(24h);时间为24h。流速一定;温度为35℃。

　　试验后用纯净水清洗电路，放置1小时后，试验结果见表1。

　　

 

　　3 试验分析

　　本文对以上试验结果进行了分析。在盐雾试验中，由于各种金属的电极电位不同以及它们在盐液中的过电位大小不一，所以在盐雾中会发生很多的 电化学反应。在阳极是金属失去电子，成为离子，在阴极发生的电化学反应类型有析氢反应和氧去极化反应等，其中氧去极化反应(吸氧反应)是最主要的反应类型。它是由于盐液中含有的溶解氧而 造成的，溶液中的氧可通过扩散作用不断地向阴极区移动。

　　氧向电极表面扩散决定整个吸氧腐蚀过程的速度，因为氧在盐溶液的溶解度是有限的，吸氧腐蚀速度往往被氧向金属表面的扩散速度所控制，也就是说，金属腐蚀速度是与氧在阴极还原的极限电流密度相一致的。

　　氧向阴极扩散速度由Fick第二定律得出

　　

 

　　式中，D为溶解氧扩散系数;δ为扩散层厚度;Ce为电极表面氧的浓度;C为溶液中氧的浓度。

　　电极反应速度可由法拉第定律得出

　　

 

　　id：极限电流密度;n：价数;F：法拉第常数。

　　当电极反应达到平衡，即扩散控制时：V1=V2由公式(2)、公式(3)得出

　　

 

　　由于随着电极反应的进行，电极附近氧原子不断消耗，Ce降低，当Ce→0时，公式(4)可变为

　　

 

　　从公式(5)中可以看出，极限电流密度id与扩散层厚度δ、溶解氧扩散系数D、溶解氧的浓度C、价数n等有关;极限电流密度的大小也就意味着腐蚀速度的大小;其中D与环境温度成正比。