薄層液膜下PCB-Cu的腐蝕行為及機理研究.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雜。隨著現代科學技術的發展，電子系統的日益小型化、電子元器件體積的減小及相互間距離的縮短，電子材料更細薄，電場梯度更大，使得現代電子元器件對腐蝕更為敏感。銅是一種重要的電子材料，廣泛應用于電子元器件中，在大氣環境中傾向于發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理愈加顯得十分重要。
　　

2、本論文設計了一種新的實驗裝置采用電化學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，并結合表面分析方法，研究了環境因素，干濕交替和電場對PCB-Cu大氣腐蝕行為的影響，提出了PCB-Cu在各種環境下發生腐蝕的可能機制。主要的研究工作和結果如下:
　　 1.實驗裝置的設計。大氣腐蝕一般發生在薄層液膜（可見液膜）或吸附薄層液膜（不可見液膜）下。目前還沒有關于采用傳統

3、的電化學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物的形成和積累，其腐蝕速率呈現出不同的變化規律。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。研究結果表明：在單個干濕循環中，PCB-Cu的腐蝕過程可分為三個區域：濕周期，干濕過渡期和干燥期，其電化學反應由陰

5、極過程控制轉為陽極過程控制。在整個122小時的干濕循環過程中，PCB-Cu的腐蝕速率表現為先減小后緩慢增大，最終達到穩定狀態，而且其腐蝕速率越大，達到穩定狀態的速度越快。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，其腐蝕速率達到最小值。但是在硫酸銨介質存在條件下，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，其腐蝕速率達到最小值。
　　 4.研究了穩態電場對PCB-Cu大氣腐蝕行

6、為的影響。研究結果表明：PCB-Cu的陰極極化電流密度和腐蝕速率均隨著穩態電場強度的增加而降低。PCB-Cu的腐蝕速率隨著外加空間電場強度的增加而減小，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，其腐蝕速率達到最小值。直接外加電場的存在降低了PCB-Cu發生點蝕的幾率。在直接外加電場的負極有明顯的枝晶生成，且枝晶隨著直接電場強度的增加和暴露時間的延長而生長得越快越大。PCB-Cu在穩態電

7、場作用下腐蝕速率的降低歸結于氯離子從工作電極表面液膜中的遷出。當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)上發生局部富集，導致工作電極或電場正極發生嚴重的局部腐蝕。
　　 5.研究了交變電場對PCB-Cu大氣腐蝕行為的影響。研究結果表明：在交變電場的作用下，PCB-Cu腐蝕電位發生負移，增加了電極的電化學活性。PCB-Cu的腐蝕速率隨著交變電場的峰值和頻率的增加而