论文摘要
大气腐蚀是一种金属在薄层电解液下的电化学腐蚀过程。电子元器件的腐蚀近似于金属的大气腐蚀,但其比通常的大气腐蚀更敏感更复杂。随着现代科学技术的发展,电子系统的日益小型化、电子元器件体积的减小及相互间距离的缩短,电子材料更细薄,电场梯度更大,使得现代电子元器件对腐蚀更为敏感。铜是一种重要的电子材料,广泛应用于电子元器件中,在大气环境中倾向于发生多种形式的局部腐蚀。因此,研究电子元器件中铜的大气腐蚀行为和机理愈加显得十分重要。本论文设计了一种新的实验装置采用电化学方法原位检测铜印刷电路板（Copper Printed Circuit Board, PCB-Cu）的大气腐蚀行为,并结合表面分析方法,研究了环境因素,干湿交替和电场对PCB-Cu大气腐蚀行为的影响,提出了PCB-Cu在各种环境下发生腐蚀的可能机制。主要的研究工作和结果如下：1.实验装置的设计。大气腐蚀一般发生在薄层液膜（可见液膜）或吸附薄层液膜（不可见液膜）下。目前还没有关于采用传统的电化学方法研究金属在吸附薄层液膜下腐蚀行为的报道。本论文设计了一套研究PCB-Cu在吸附薄层液膜下腐蚀行为的模拟装置。该装置有效的降低了参比电极和工作电极之间的欧姆降,保证了工作电极上电流分布的均一性。2.研究了相对湿度、氯离子浓度和温度对PCB-Cu大气腐蚀行为的影响。研究结果表明：在吸附薄层液膜下,PCB-Cu的阴极过程在大的阴极过电位下主要受氧和腐蚀产物的还原控制,其阴极电流密度分别随着相对湿度、氯离子浓度和温度的增加而增加。PCB-Cu在起始时的腐蚀速率分别随着相对湿度、氯离子浓度和温度的增加而增加,但在腐蚀的后期,由于工作电极上腐蚀产物的形成和积累,其腐蚀速率呈现出不同的变化规律。此外,PCB-Cu在各种相对湿度下的腐蚀速率均高于其在本体溶液中的腐蚀速率。3.研究了周期性干湿交替对PCB-Cu大气腐蚀行为的影响。研究结果表明：在单个干湿循环中,PCB-Cu的腐蚀过程可分为三个区域：湿周期,干湿过渡期和干燥期,其电化学反应由阴极过程控制转为阳极过程控制。在整个122小时的干湿循环过程中,PCB-Cu的腐蚀速率表现为先减小后缓慢增大,最终达到稳定状态,而且其腐蚀速率越大,达到稳定状态的速度越快。PCB-Cu的腐蚀速率随温度的升高和干燥期的延长而增加,且在暴露50小时后,其腐蚀速率达到最小值。但是在硫酸铵介质存在条件下,PCB-Cu在起始时的腐蚀速率有增加的趋势,且在暴露74小时后,其腐蚀速率达到最小值。4.研究了稳态电场对PCB-Cu大气腐蚀行为的影响。研究结果表明：PCB-Cu的阴极极化电流密度和腐蚀速率均随着稳态电场强度的增加而降低。PCB-Cu的腐蚀速率随着外加空间电场强度的增加而减小,且腐蚀速率均低于无电场作用下的腐蚀速率。无论空间电场存在与否,PCB-Cu均在暴露24小时后,其腐蚀速率达到最小值。直接外加电场的存在降低了PCB-Cu发生点蚀的几率。在直接外加电场的负极有明显的枝晶生成,且枝晶随着直接电场强度的增加和暴露时间的延长而生长得越快越大。PCB-Cu在稳态电场作用下腐蚀速率的降低归结于氯离子从工作电极表面液膜中的迁出。当氯离子不能自由地从工作电极表面液膜中迁移出去时,则氯离子在工作电极（外加空间电场）或电场正极（直接外加电场）上发生局部富集,导致工作电极或电场正极发生严重的局部腐蚀。5.研究了交变电场对PCB-Cu大气腐蚀行为的影响。研究结果表明：在交变电场的作用下,PCB-Cu腐蚀电位发生负移,增加了电极的电化学活性。PCB-Cu的腐蚀速率随着交变电场的峰值和频率的增加而增加。交变电场显著地加速了PCB-Cu的阳极过程。PCB-Cu在交变电场作用下腐蚀程度的增加归结于交变电场产生的杂散电流和其对PCB-Cu表面氧化膜完整性的破坏所致。而且PCB-Cu在方波电场作用下腐蚀的程度较在正弦交流电场作用下更为严重。
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相关论文文献
- [1].热带雨林环境中霉菌对PCB-Cu腐蚀行为的影响[J]. 表面技术 2019(07)