《非穩態薄液膜下PCB微納米尺度環境損傷機制》是依託北京科技大學，由肖葵擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：非穩態薄液膜下PCB微納米尺度環境損傷機制
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：肖葵
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高度集成化的印刷電路板（PCB）在複雜環境因素作用下的環境損傷是由於微納米尺度的腐蝕產物萌生、蠕動導致的，尺寸效應和環境因素使得其腐蝕是在非穩態薄液膜下的電化學過程。因此，非穩態薄液膜下微納米尺度腐蝕產物的萌生、蠕動成為闡明PCB環境損傷機理的關鍵問題和研究難點。本項目利用微觀原位分析手段表征腐蝕產物的結構特徵和演變規律，探明薄液膜形態分布和變化與腐蝕產物萌生、蠕動的內在聯繫，揭示腐蝕產物蠕動歷程中微納米尺度的結構和化學不均勻對環境損傷影響；採用微區電化學新技術,明確動態薄液膜對腐蝕產物金屬離子傳質過程和電極反應的影響規律；考察微量氣體、電場、磁場等環境因素對腐蝕產物萌生、蠕動的影響，明晰多種因素協同作用下微納米尺度環境損傷機制；採用電極過程模擬和元胞自動機等數值分析方法，建立非穩態薄液膜下金屬腐蝕產物萌生、蠕動行為規律及環境作用機理模型。
結題摘要
PCBs一般在半封閉的大氣環境工作，不可避免受到外界大氣濕度、污染氣體、塵土等環境因素影響，並且在運行過程中還會承受溫度場、電場、磁場等多種因素協同作用，因此PCBs腐蝕失效本質為多作用場下的大氣腐蝕過程，即薄液膜腐蝕。本研究通過自主設計的環境試驗箱研究了計算機主機板在微量污染氣體下腐蝕失效機制；採用薄液膜裝置闡述了PCBs在含氯薄液環境中的原位電化學機制。同時也研究了PCBs在單獨電場作用以及電場與污染物相耦合作用下的電化學遷移失效過程。最後通過典型大氣環境下的外場暴露試驗研究了PCBs在多種污染因素或與偏電壓耦合作用下的腐蝕失效機制。研究結果表明在微量H2S氣氛下，錫鉛焊點發生嚴重電化學腐蝕，通孔內壁形成了明顯晶須，晶鬚生長速率為1.2 Å/s。在含氯薄液環境下，PCBs的陰極極化電流密度隨著濕度的增加而變大，但均小於溶液中陰極極化電流密度。薄液膜環境下，陰極極化過程包括O2，腐蝕產物以及H2O 的還原過程。PCB-ENIG和PCB-HASL對濕度具有更高的敏感性，在電子材料防護過程中對濕度要求更加苛刻。在偏電壓作用下，鍍金處理能夠顯著降低薄液膜下腐蝕程度；浸銀處理在低電壓時能夠表現出一定耐腐蝕性，但高電壓下不明顯。噴錫處理能夠較好的保護PCB基體不被腐蝕，但Sn的腐蝕產物一旦凝結在電路板上會導致PCB短路。在偏電壓與SO2耦合作用下，PCB-Cu和PCB-ENIG兩極板間均發現了銅枝晶和硫酸鹽沉積物的存在；不同濕度條件下，PCB-ImAg上並未發現銀枝晶的生長，而PCB-HASL兩極板間則同時存在銅枝晶以及硫酸鹽、金屬氧化物等沉積物。外場暴露試驗發現PCB-Cu初期腐蝕形式為局部腐蝕，隨時間推移，吐魯番、北京、青島和武漢地區試樣轉變為全面腐蝕，在塵土顆粒和污染介質協同作用下腐蝕進一步加劇；西雙版納腐蝕最為輕微，存在微生物腐蝕；PCB-ImAg和PCB-ENIG試樣腐蝕形式主要為微孔腐蝕；乾燥大氣環境下PCB-HASL腐蝕輕微，但污染介質能夠侵蝕PCB-HASL表面緻密氧化膜。污染介質和高濕度協同作用是PCB材料電化學遷移腐蝕的關鍵因素。
