潮湿环境中电阻封装保护膜强电场下析氧保护及腐蚀机理的研究

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精密金属膜电阻由于具有温度系数小,工作温度范围宽、单位面积承受功耗高的优点,广泛应用在医疗电子、航空航天、精密仪器等领域。特别在高温、高湿等恶劣环境下,要求金属膜电阻具有较高的耐高温、耐潮湿性能,因此金属膜电阻可靠性的研究越来越重要。本课题在进行电阻耐潮湿实验时发现,酚醛树脂基复合材料封装电阻在去离子水中进行通电时,电阻帽边缘处有气体析出,经过初步研究判断析出的气体为氢气和氧气(由水分解产生),且短时间通电后,封装涂层未被腐蚀;随着通电时间的延长,封装涂层开始出现腐蚀。那么,绝缘材料在电场作用下如何能使水分解?腐蚀是如何发生的?本课题是针对这些问题进行深入研究的。本课题采用PF/EP质量比为4:3和7:1的两种复合材料分别在去离子水和pH=10的NaOH溶液中进行可靠性实验。在去离子水中,施加电压分别为10V、20V、30V、125V和250V;在NaOH溶液中,施加电压为0~10V。对PF/EP复合材料结构进行了红外光谱分析,并利用Ansys对电阻电场进行仿真,为分析气体的析出机理提供了数据支持。析氢机理研究表明,在去离子水中,H2和OH-均在阴极产生,产生的H2以H2–OHads形式移向阳极,并在阳极形成O2;在NaOH溶液中,产生的H2和O2直接从阴极和阳极端析出,并浮出水面。IR分析表明,PF/EP复合物中含有大量的活性基团苯氧基(如),该基团中的p–π和π–π共轭键含有局域电子,能在强电场作用下离域化。当其表面有水时,与水发生电子交换,在阴极形成H2和OH-。当OH-出现阳极表面时,因失去电子而产生O2。当阳极表面有大量的OH-而不能及时被析氧反应消耗掉,便会在电场作用下与PF/EP复合物中的活性基团Ar-O-C反应,使其键断裂,表现为PF/EP复合物膜被腐蚀。显然,这里析氧反应与PF/EP膜腐蚀反应是一种竞争反应。本研究可从消除潮气源的角度为提高金属膜电阻在湿热环境中的可靠性提供了一种新思路,并对电场作用下聚合物膜在潮湿环境中的退变行为有了新的认识。
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