论文摘要
电子材料是当今信息社会的基础和先导。电子产品已经渗透到科研、生产、国防和生活的各个方面。现代科学技术的发展,要求电子设备具有更高的精度和可靠性。密集的装配、高阻抗的电路以及很高的放大率,使现代器件对表面腐蚀更为敏感,轻微的腐蚀就可能导致电子材料的破坏,从而使整个设备完全失效。因此,电子材料腐蚀机理的研究和防腐蚀设计愈加显得十分重要。印刷电路板是一种重要的电子材料,它是电子元器件的支撑体,是电子元器件电气连接的提供者,它的腐蚀破坏主要是表面的铜发生多种形式的局部腐蚀。为适应电子工业飞速发展的需要,电路板不断向高精度、高密度、细线、小孔、高可靠性、低成本和自动化连续生产方面发展。在电子设备服役过程,当电路板表面的保护膜破裂时,在外界大气湿度较大的情况下,电路板必然与环境相互作用而发生多种形式的腐蚀破坏,可造成电子设备的提前失效。本工作针对印刷电路板缝隙腐蚀的特点,试图发展新的电化学技术,并结合表面分析方法,研究电路板在氯化钠中性介质中的腐蚀行为及其影响因素。主要的研究工作和结果如下:1.印刷电路板缝隙腐蚀过程缝隙内pH、Cl-浓度分布的测量尽管缝隙腐蚀已研究了很多年,但是仍然缺少缝隙内微区的化学环境和电化学状态直接的实验证据。缝隙内氯离子浓度和局部pH的分布是影响缝隙腐蚀发展的最重要的影响因素。本工作设计了研究印刷电路板缝隙腐蚀行为的模拟装置,建立测量印刷电路板缝隙内不同深度处铜的腐蚀参数的系统。设计了可同时测量电路板缝隙腐蚀过程,缝隙内部pH、Cl-浓度分布的一维阵列电极。这种阵列电极分为三部分:Ag/AgCl阵列电极-铜电极-Ir/IrOx阵列电极。Ag/AgCl阵列电极作为Cl-选择性电极,Ir/IrOx阵列电极作为H+选择性电极,分别用于原位实时测定印刷电路板在0.5mol/L NaCl溶液中发生缝隙腐蚀时,缝隙内部的氯离子浓度和pH分布。结果表明:随着浸泡时间的延长,缝隙内部不同深处的铜的腐蚀电位逐渐降低,且随着距缝口距离的增大而降低;缝隙内部不同深处的氯离子浓度逐渐升高,且随着距缝口距离的增大而升高;缝隙内部不同深处的pH逐渐降低,且随着距缝口距离的增大而降低。这是由于缝隙的几何结构阻碍了传质过程,由此导致缝隙腐蚀总是向纵深方向发展。2.应用扫描Kelvin探针和CCD图像传感器研究Cu/焊锡界面局部腐蚀行为应用CCD图像传感器和扫描Kelvin探针方法检测Cu和焊锡连接组成的电极在1.0mol/L NaCl溶液中局部腐蚀发生发展过程中表面形貌和表面微区电位分布。CCD表面形貌检测发现,Cu/焊锡电极浸入溶液中,表面并没有立刻发生腐蚀。大约10min之后,点腐蚀才开始发生。点蚀发生在焊锡表面靠近焊缝的缺陷处。随着浸泡时间的延长,点蚀向焊缝方向发展,最终沿着焊缝扩展。表面微区电位分布测试发现,铜/焊锡电极在浸泡前存在较大的电位差,但焊缝处电位差较小。随着浸泡时间的延长,点蚀发生在焊缝处,并沿着焊缝扩展。两种技术得到了相同的结果。还应用电化学方法研究了电极电位、阴极和阳极电极面积、氯离子浓度对铜/焊锡电极电偶腐蚀的影响。结果表明,铜/焊锡电极电偶腐蚀是阴极控制的,氯离子浓度的改变主要影响阳极反应。3.中性氯化钠溶液中几种缓蚀剂对电路板的缓蚀作用及缓蚀剂的作用机理应用电化学方法检测了十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、十二烷基硫酸钠（SDS）和钨酸钠（Na2WO4）的单一配方以及它们之间的复配在中性氯化钠溶液中对电路板的缓蚀作用。应用全内反射红外光谱法探讨了复配缓蚀剂的缓蚀机理。结果表明:（1）溶液中仅添加单一缓蚀剂时,钨酸钠的浓度为350 mg/L、十六烷基三甲基溴化铵的浓度为1.0×10-4mol/L、十二烷基硫酸钠的浓度为5.0×10-3mol/L时,缓蚀剂对电路板的缓蚀效果最好。（2）溶液中添加复配缓蚀剂时,溶液中含有250mg/L Na2WO4+1.0×10-4mol/L CTAB或者300mg/L Na2WO4+5.0×10-3mol/LSDS时,缓蚀剂的缓蚀效果最好。通过全内反射红外光谱检测发现,Na2WO4与SDS复配缓蚀剂的WO42-与C12H25SO4-同时吸附在电极表面,Na2WO4与CTAB复配缓蚀剂的WO42-和C16H33N（CH3）4+同时吸附在电极表面,说明两者具有协同作用。（3）通过阵列电极电位测试发现,250mg/L Na2WO4+1.0×10-4mol/L CTAB复配缓蚀剂在0.5mol/L NaCl溶液中对电路板的缝隙腐蚀有很好的抑制作用。