Аннотация
Микроскопические металлические штыревые контакты (PIN-контакты) широко применяются в различных прецизионных соединителях и склонны к разрушению в процессе эксплуатации. Оптическая микроскопия ограничена глубиной резкости и диапазоном увеличений, что затрудняет анализ микроскопических характеристик излома. Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ), благодаря высокой глубине резкости и широкому диапазону масштабирования, стал распространённым инструментом для анализа разрушения PIN-контактов. В данной работе на примере разрушенного PIN-контакта диаметром около 400 мкм проведены наблюдения морфологии излома с использованием СЭМ. Установлено, что разрушение детали носит смешанный характер: преимущественно хрупкое разрушение с небольшим количеством вязких ямок, что служит основой для совершенствования технологического процесса.
Краткое описание металлического PIN-контакта
Металлический PIN-контакт является ключевым базовым компонентом соединителей, клемм жгутов проводов и разъёмов. Как основной носитель электрических сигналов и тока, он широко применяется в потребительской электронике, автомобильной электронике, промышленном управлении, коммуникационном оборудовании и других областях. В связи с тенденцией к облегчению и миниатюризации электронных изделий PIN-контакты постепенно переходят к более тонким типоразмерам; изделия диаметром в сотни микрометров стали основным продуктом. Представленный в данном анализе образец представляет собой миниатюрный PIN-контакт диаметром 400 мкм.
Производство PIN-контактов включает множество технологических операций: волочение проволоки, штамповку, гальваническое покрытие и другие. Готовые изделия в реальных условиях эксплуатации подвергаются многократным соединениям и разъединениям, знакопеременным нагрузкам, температурным воздействиям и кратковременным ударным нагрузкам. Под влиянием множества факторов — дефектов металлургического происхождения, аномалий зеренной структуры, остаточных напряжений после штамповки, водородного охрупчивания при гальванике, превышения допустимых нагрузок при сборке — тонкие PIN-контакты крайне подвержены внезапному разрушению, что приводит к обрыву цепи, отказу всего устройства и дополнительным производственным и послепродажным потерям.
Пример исследования
(1) Предпосылки исследования
В процессе использования одного электронного компонента произошёл сбой сигнала. В ходе проверки было предварительно установлено, что причиной может быть разрушение внутреннего PIN-контакта. Представленный на анализ образец представлял собой излом металлического PIN-контакта диаметром около 400 мкм. Для наблюдения микроструктуры излома, определения типа разрушения и анализа возможных причин использовался сканирующий электронный микроскоп SuperSEM.
(2) Условия эксперимента
Оборудование: настольный сканирующий электронный микроскоп SuperSEM N10eV
Режим визуализации: режим обратно рассеянных электронов (BSD), чувствительный к различиям в атомном номере, что способствует различению фаз или загрязнений на поверхности излома
Ускоряющее напряжение: 15 кВ
(3) Изображения исследования
Применение сканирующего электронного микроскопа SuperSEM при анализе излома металлического PIN-контакта
(4) Результаты исследования
Чётко видна общая морфология излома. На поверхности излома отчётливо наблюдаются ступени скола и речные узоры, что является типичными микроскопическими признаками хрупкого разрушения и указывает на то, что разрушение преимущественно развивалось быстрым хрупким путём. В то же время на отдельных участках видны немногочисленные ямки вязкого разрушения.
Комплексное заключение: излом данного PIN-контакта характеризуется преимущественно хрупким кристаллическим разрушением с локальным присутствием признаков вязкого разрушения. Кристаллическое разрушение обычно связано с повышенной хрупкостью самого материала, неправильной термической обработкой или превышением допустимых эксплуатационных нагрузок.
Заключение
В настоящее время полупроводниковая и прецизионная электронная промышленность стремительно развивается в направлении миниатюризации, высокой точности и высокой надёжности. Структура компонентов становится всё более сложной, и традиционные методы макроскопического контроля уже не могут в полной мере удовлетворять требованиям контроля качества в высокотехнологичном электронном производстве.
Сканирующий электронный микроскоп, как ключевое прецизионное оборудование для микроструктурной характеризации, полностью преодолел ограничения традиционных методов наблюдения. Он не только позволяет эффективно проводить анализ разрушения металлических PIN-контактов и поиск источников дефектов, но также широко применяется для микроскопического контроля и технологической верификации полупроводниковых пластин, выводов микросхем, герметичных корпусов и электронных покрытий. На всех этапах производственной цепочки — от входного контроля сырья, межоперационного контроля, анализа отказов до оптимизации технологии — сканирующий электронный микроскоп позволяет точно выявлять микроскопические дефекты на микронном и субмикронном уровнях, обеспечивая наглядную и точную микроскопическую информацию для определения механизмов отказов, совершенствования технологических процессов и повышения надёжности продукции.