薄層液膜下PCB-Cu的腐蝕行為及機(jī)理研究.pdf

1、大氣腐蝕是一種金屬在薄層電解液下的電化學(xué)腐蝕過程。電子元器件的腐蝕近似于金屬的大氣腐蝕，但其比通常的大氣腐蝕更敏感更復(fù)雜。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)的日益小型化、電子元器件體積的減小及相互間距離的縮短，電子材料更細(xì)薄，電場梯度更大，使得現(xiàn)代電子元器件對腐蝕更為敏感。銅是一種重要的電子材料，廣泛應(yīng)用于電子元器件中，在大氣環(huán)境中傾向于發(fā)生多種形式的局部腐蝕。因此，研究電子元器件中銅的大氣腐蝕行為和機(jī)理愈加顯得十分重要。
　　

2、本論文設(shè)計了一種新的實(shí)驗(yàn)裝置采用電化學(xué)方法原位檢測銅印刷電路板(Copper Printed Circuit Board，PCB-Cu)的大氣腐蝕行為，并結(jié)合表面分析方法，研究了環(huán)境因素，干濕交替和電場對PCB-Cu大氣腐蝕行為的影響，提出了PCB-Cu在各種環(huán)境下發(fā)生腐蝕的可能機(jī)制。主要的研究工作和結(jié)果如下:
　　 1.實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計。大氣腐蝕一般發(fā)生在薄層液膜（可見液膜）或吸附薄層液膜（不可見液膜）下。目前還沒有關(guān)于采用傳統(tǒng)

3、的電化學(xué)方法研究金屬在吸附薄層液膜下腐蝕行為的報道。本論文設(shè)計了一套研究PCB-Cu在吸附薄層液膜下腐蝕行為的模擬裝置。該裝置有效的降低了參比電極和工作電極之間的歐姆降，保證了工作電極上電流分布的均一性。
　　 2.研究了相對濕度、氯離子濃度和溫度對PCB-Cu大氣腐蝕行為的影響。研究結(jié)果表明：在吸附薄層液膜下，PCB-Cu的陰極過程在大的陰極過電位下主要受氧和腐蝕產(chǎn)物的還原控制，其陰極電流密度分別隨著相對濕度、氯離子濃度和溫度

4、的增加而增加。PCB-Cu在起始時的腐蝕速率分別隨著相對濕度、氯離子濃度和溫度的增加而增加，但在腐蝕的后期，由于工作電極上腐蝕產(chǎn)物的形成和積累，其腐蝕速率呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。此外，PCB-Cu在各種相對濕度下的腐蝕速率均高于其在本體溶液中的腐蝕速率。
　　 3.研究了周期性干濕交替對PCB-Cu大氣腐蝕行為的影響。研究結(jié)果表明：在單個干濕循環(huán)中，PCB-Cu的腐蝕過程可分為三個區(qū)域：濕周期，干濕過渡期和干燥期，其電化學(xué)反應(yīng)由陰

5、極過程控制轉(zhuǎn)為陽極過程控制。在整個122小時的干濕循環(huán)過程中，PCB-Cu的腐蝕速率表現(xiàn)為先減小后緩慢增大，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而且其腐蝕速率越大，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的速度越快。PCB-Cu的腐蝕速率隨溫度的升高和干燥期的延長而增加，且在暴露50小時后，其腐蝕速率達(dá)到最小值。但是在硫酸銨介質(zhì)存在條件下，PCB-Cu在起始時的腐蝕速率有增加的趨勢，且在暴露74小時后，其腐蝕速率達(dá)到最小值。
　　 4.研究了穩(wěn)態(tài)電場對PCB-Cu大氣腐蝕行

6、為的影響。研究結(jié)果表明：PCB-Cu的陰極極化電流密度和腐蝕速率均隨著穩(wěn)態(tài)電場強(qiáng)度的增加而降低。PCB-Cu的腐蝕速率隨著外加空間電場強(qiáng)度的增加而減小，且腐蝕速率均低于無電場作用下的腐蝕速率。無論空間電場存在與否，PCB-Cu均在暴露24小時后，其腐蝕速率達(dá)到最小值。直接外加電場的存在降低了PCB-Cu發(fā)生點(diǎn)蝕的幾率。在直接外加電場的負(fù)極有明顯的枝晶生成，且枝晶隨著直接電場強(qiáng)度的增加和暴露時間的延長而生長得越快越大。PCB-Cu在穩(wěn)態(tài)電

7、場作用下腐蝕速率的降低歸結(jié)于氯離子從工作電極表面液膜中的遷出。當(dāng)氯離子不能自由地從工作電極表面液膜中遷移出去時，則氯離子在工作電極(外加空間電場)或電場正極(直接外加電場)上發(fā)生局部富集，導(dǎo)致工作電極或電場正極發(fā)生嚴(yán)重的局部腐蝕。
　　 5.研究了交變電場對PCB-Cu大氣腐蝕行為的影響。研究結(jié)果表明：在交變電場的作用下，PCB-Cu腐蝕電位發(fā)生負(fù)移，增加了電極的電化學(xué)活性。PCB-Cu的腐蝕速率隨著交變電場的峰值和頻率的增加而