輕觸開關(guān)作為一種廣泛應(yīng)用的電子元件，因其接觸電阻小、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)，在數(shù)碼產(chǎn)品、通訊產(chǎn)品、醫(yī)療產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著電子產(chǎn)品智能化及高性能化的發(fā)展，輕觸開關(guān)的可靠性和壽命對(duì)整個(gè)產(chǎn)品的正常運(yùn)行至關(guān)重要。然而，在加速壽命試驗(yàn)(ALT)中，輕觸開關(guān)的腐蝕失效問題逐漸凸顯，成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本文通過對(duì)輕觸開關(guān)在ALT環(huán)境中的腐蝕行為及機(jī)理進(jìn)行分析，探討其失效原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。
《2025-2030年中國輕觸開關(guān)行業(yè)運(yùn)營態(tài)勢(shì)與投資前景調(diào)查研究報(bào)告》在電子產(chǎn)品的可靠性測(cè)試中，加速壽命試驗(yàn)(ALT)是一種常用的方法，用于評(píng)估產(chǎn)品在極端條件下的性能。輕觸開關(guān)作為電子產(chǎn)品中的重要結(jié)構(gòu)件，其在ALT環(huán)境中的表現(xiàn)直接關(guān)系到產(chǎn)品的整體可靠性。然而，許多輕觸開關(guān)在ALT測(cè)試中出現(xiàn)了接觸不良導(dǎo)致的功能失效問題，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的使用壽命和性能。研究表明，輕觸開關(guān)的失效主要集中在鍋?zhàn)薪佑|面，其原因是接觸面的鍍銀層存在缺陷，導(dǎo)致銅基體腐蝕。因此，深入研究輕觸開關(guān)在ALT環(huán)境中的失效機(jī)理，對(duì)于提高輕觸開關(guān)的可靠性和壽命具有重要意義。
(一)電阻測(cè)試與失效模式
輕觸開關(guān)行業(yè)現(xiàn)狀分析提到通過電阻測(cè)試對(duì)正常(OK樣)和失效(NG樣)輕觸開關(guān)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果顯示，OK樣的電阻為0.07Ω，而NG樣的電阻不穩(wěn)定，介于0.311Ω至38MΩ之間，遠(yuǎn)大于OK樣的電阻。這表明NG樣的失效模式為接觸不良。進(jìn)一步的交叉實(shí)驗(yàn)表明，失效部位為鍋?zhàn)薪佑|面，當(dāng)NG鍋?zhàn)信cOK端子配合時(shí)，電阻值約為19kΩ，遠(yuǎn)大于OK樣的電阻值。
(二)失效部位形貌與成分分析
利用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)NG鍋?zhàn)薪佑|面進(jìn)行微觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)表面存在大量顆粒狀和塊狀臟污。能譜分析(EDS)結(jié)果顯示，臟污的主要成分為碳(C)、氧(O)、磷(P)、銅(Cu)和銀(Ag)，其中氧和磷的含量明顯高于正常區(qū)域。這表明臟污主要由銅和磷的氧化物組成，其導(dǎo)電性遠(yuǎn)低于銀，導(dǎo)致接觸不良。
(三)失效原因驗(yàn)證
通過對(duì)NG鍋?zhàn)衼砹虾蚈K鍋?zhàn)衼砹线M(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)NG鍋?zhàn)斜砻驽冦y層存在明顯凹坑，表面較粗糙，而OK鍋?zhàn)斜砻驽冦y層平整，無凹坑。X射線熒光鍍層厚度分析儀測(cè)試結(jié)果顯示，NG鍋?zhàn)衼砹襄儗悠骄穸缺萇K來料低約100nm。這表明NG鍋?zhàn)薪佑|面的鍍銀層厚度不均勻，局部凹坑處銀層較薄，無法有效保護(hù)銅基體，導(dǎo)致基體腐蝕。
(一)腐蝕機(jī)理模型
輕觸開關(guān)在ALT環(huán)境中的腐蝕失效機(jī)理可以歸納為以下幾個(gè)階段：
初始狀態(tài)：輕觸開關(guān)由于密封性較好，在高溫高濕環(huán)境下，水汽容易滲入開關(guān)內(nèi)部并形成水膜。鍋?zhàn)斜砻娴腻冦y層存在厚度不均勻的凹坑，水膜覆蓋在銀層表面。
銀層氧化：在溫濕度的作用下，銀層與氧氣反應(yīng)形成氧化銀，導(dǎo)致銀層厚度減小。在銀層較薄的凹坑處，部分銅基體裸露。
微電池形成：由于銀層厚度不均勻，不同區(qū)域的銀層具有不同的電位，形成微電池。水膜作為電解液，加速了銀層較薄區(qū)域的腐蝕，導(dǎo)致銅基體進(jìn)一步裸露。
基體腐蝕：裸露的銅基體與銀層形成腐蝕微電池，加速基體的腐蝕。腐蝕產(chǎn)物疏松多孔，為水汽到達(dá)基體提供通道，使基體腐蝕持續(xù)發(fā)生。
協(xié)同作用：銀層氧化和微電池形成的協(xié)同作用，最終導(dǎo)致鍋?zhàn)斜砻嫘纬稍S多微電池，加速銀層的破壞及銅基體的腐蝕。
(二)失效原因總結(jié)
輕觸開關(guān)失效的主要原因是鍋?zhàn)薪佑|面的鍍銀層厚度不均勻，局部凹坑處銀層較薄，無法有效保護(hù)銅基體。在ALT環(huán)境中，銀層的氧化和微電池的形成共同作用，加速了銅基體的腐蝕，導(dǎo)致接觸不良。
(一)控制基體粗糙度
通過控制鍋?zhàn)秀~基體的粗糙度，可以減少鍍銀層的不均勻性，確保鍍銀層表面平整，避免凹坑的形成。這可以有效提高鍍銀層的保護(hù)性能，減少銅基體的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。
(二)增加鍍銀層厚度
增加鍋?zhàn)姓w的鍍銀層厚度，確保其表面銀層厚度達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn)要求(參考ALT試驗(yàn)后OK鍋?zhàn)衼砹系钠骄儗雍穸葹?70~380nm)。這可以顯著提高鍍銀層的耐腐蝕性能，延長(zhǎng)輕觸開關(guān)的使用壽命。
五、總結(jié)
通過對(duì)輕觸開關(guān)在ALT環(huán)境中的腐蝕行為及機(jī)理進(jìn)行分析，本文揭示了輕觸開關(guān)失效的主要原因。研究表明，輕觸開關(guān)失效部位為鍋?zhàn)薪佑|面，其原因是接觸面的鍍銀層厚度不均勻，局部凹坑處銀層較薄，無法有效保護(hù)銅基體。在ALT環(huán)境中，銀層的氧化和微電池的形成共同作用，加速了銅基體的腐蝕，導(dǎo)致接觸不良。通過控制鍋?zhàn)秀~基體的粗糙度和增加鍍銀層厚度，可以有效改善輕觸開關(guān)在ALT環(huán)境中的腐蝕失效問題，提高其可靠性和使用壽命。未來的研究可以進(jìn)一步優(yōu)化鍍銀工藝，提高鍍銀層的質(zhì)量和均勻性，為輕觸開關(guān)的廣泛應(yīng)用提供更可靠的保障。
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