平行缝焊抗盐雾性能

本文主要讲述平行缝焊抗盐雾性能。

腐蚀现象

盐雾试验是一种模拟沿海大气环境对电子器件侵蚀效果的加速腐蚀测试手段。金属或防护涂层会在化学作用与电化学作用的共同影响下，出现持续性损伤破坏，常见腐蚀表现包含表面析出腐蚀沉积物、产生色斑、针孔、蚀坑以及涂层起皮剥落等缺陷。

相关试验研究表明，平行缝焊密封成型的器件，在24小时盐雾环境放置后，焊缝周边区域会出现大面积锈蚀问题（见图1）。且随着盐雾环境暴露时长的增加，腐蚀区域会持续扩大、腐蚀程度不断加剧。该缺陷会直接降低器件的气密性，使外界水汽、腐蚀性杂质侵入器件腔体内部，对内部芯片造成腐蚀损伤，最终导致器件电气性能衰减、整体功能失效。

腐蚀机理

金属腐蚀包含多种作用形式，其中电化学腐蚀的应用场景最广泛，发生频次远高于高温氧化腐蚀。经过百余年的技术研究，行业内已通过“腐蚀原电池”模型，清晰阐释金属电化学腐蚀的产生原理与作用过程。

将规格尺寸一致的锌片与铜片置于稀硫酸溶液中，借助导线串联毫安表连接两组金属片，可观察到毫安表指针发生偏转，证明回路中有持续电流产生。根据物理电学定义，电流由高电位正极经导线流向低电位负极，该试验体系中电流从铜片流向锌片，电子流动方向与电流方向相反。

在腐蚀理论体系中，统一规定低电位电极为阳极，高电位电极为阴极。腐蚀电池与常规原电池存在本质差异：常规原电池可将化学能转化为电能并对外输出有效功，而腐蚀电池属于短路原电池，仅会引发金属基体的腐蚀破坏，无法对外输出有用功。其工作过程主要分为三个阶段：

（1）阳极过程：金属基体发生溶解，金属离子迁移至周边电解液中，同时等量电子留存于金属基体表面。

（2）电流通路：阳极与阴极之间的电流传输依托电子导体和离子导体共同完成，电子通过金属导体由阳极迁移至阴极，电解液中的阳离子由阳极区域向阴极区域移动，阴离子则由阴极区域向阳极区域移动，形成完整导电回路。

（3）阴极过程：阳极迁移而来的电子，会被电解液中具备得电子能力的物质吸收，完成阴极还原反应。

综上，腐蚀原电池的工作过程，是阳极氧化、阴极还原两个既相互独立、又相互依存的协同反应过程。

依据电极尺寸与辨识难度，腐蚀电池可分为宏观腐蚀电池与微观腐蚀电池两类。其中宏观腐蚀电池的电极极性可通过肉眼直接分辨；微观腐蚀电池由金属表面电化学不均匀性引发，金属局部微小区域产生电位差形成腐蚀回路，电极极性无法通过肉眼辨识，也是金属腐蚀中最常见的类型。微观腐蚀电池的形成原因主要分为三类：

1）金属化学成分不均匀：例如碳钢内部的碳化物、工业纯锌中含有的铁杂质等，此类杂质电位普遍高于金属基体，可在金属表面形成无数微观腐蚀电池，诱发局部腐蚀。

2）金属组织不均匀：金属及合金的晶粒与晶界之间存在固有电位差，通常晶粒为阴极区域，晶界能量高、结构稳定性差，作为阳极区域易被腐蚀。同时合金中的第二相组织大多为阴极相，金属基体为阳极相，会加剧基体腐蚀。

3）金属表面物理状态不均匀：金属加工过程中产生的形变、加工余量不均、晶粒畸变等问题，都会造成表面电位差异。一般形变程度大、内应力集中的区域为阳极，是腐蚀优先发生的薄弱位置。

平行缝焊区域腐蚀特性

平行缝焊的焊接基材主要为可伐合金，属于铁-钴-镍合金体系（如图2），本身固有抗腐蚀性能较差。因此，器件管壳与盖板加工成型后，表面会电镀金层或镍层，通过防护镀层隔绝外界环境，保护可伐合金基体。

但平行缝焊的高温熔焊工艺会破坏原有防护镀层的完整结构：熔焊过程中，表层金、镍防护镀层会融入熔融状态的可伐合金中；焊点冷却成型后，盖板焊缝区域的部分铁元素会直接裸露在外部环境中（见图3）。

完整的镍镀层、金镀层可长期隔绝盐雾、水汽侵蚀，有效保护金属外壳基体。相较于镍、金金属，铁元素化学活性更高、电极电位更低，极易与空气中的氧气、水汽发生反应，生成铁系氧化物腐蚀产物。镀层破损后，焊缝区域形成了持续性的腐蚀通道，在盐雾、水汽共存的复杂环境下，器件表面不同金属材质产生明显电位差，触发微电池腐蚀效应，持续加剧焊缝区域的腐蚀损伤。盐雾腐蚀后的焊缝微观形貌如图4所示，成分检测结果显示，腐蚀区域共存镍、铁、氯、氧等多种元素，印证了电化学腐蚀的反应特征。 

性能优化方向

为提升平行缝焊器件的抗盐雾能力，行业内提出采用镍-金-镍-金复合镀层结构方案。该镀层结构可在封焊成型后，保证内层镍镀层结构完整、连续，持续发挥防护作用，有效避免可伐合金中的铁元素裸露，从根源抑制电化学腐蚀的发生。焊缝区域镍、金元素面扫描结果如图5所示，可清晰看出镍镀层分布均匀、结构完整，防护效果良好。

结合平行缝焊器件抗盐雾性能的试验研究与工艺分析，可总结出两大核心优化方向。其一为工艺参数优化，通过调整、优化封焊工艺参数，最大程度降低焊接高温对表面防护镀层的破坏，保障镀层完整性与防护能力，使器件抗盐雾性能满足实际应用环境的指标要求。

其二为壳体制造与设计优化，一方面由外壳生产厂家优化基材制备工艺，提升可伐合金基体的致密性与固有抗腐蚀性能，研发耐焊接高温、不易破损的新型防护镀层结构；另一方面，封装技术人员可结合应用场景，优化器件外壳结构与镀层匹配设计，从结构和材料层面双重提升器件整体的抗盐雾腐蚀能力。