《典型電子材料戶外大氣環境腐蝕行為與機理》總結了在北京、武漢、青島、西雙版納和吐魯番等五個大氣腐蝕試驗站展開的為期兩年的電子材料戶外環境適應性試驗數據,分析闡明了印制電路板(PCB)腐蝕失效模式及其機理。《典型電子材料戶外大氣環境腐蝕行為與機理》共分為8章,概括介紹了電子材料大氣環境腐蝕研究進展,以及電子材料在我國典型大氣環境腐蝕的試驗方法,分析了PCB在熱帶雨林、干熱沙漠、干燥城市、濕熱城市、污染海洋等我國典型大氣環境中的自然暴露試驗及腐蝕行為和機理。
《典型電子材料戶外大氣環境腐蝕行為與機理》可供從事電子材料、元器件、電子設備等設計、生產和維護的科研人員閱讀,也可作為材料腐蝕與防護研究領域的研究生的參考書。
電子材料作為信息傳輸的載體和依托,廣泛應用于各種電子設備中。電子設備的使用90%以上是在大氣環境中,影響電子產品可靠性極其重要的因素是其服役環境。環境因素多種多樣,包括溫度、濕度、壓力、輻射、降雨、風、鹽霧、砂塵、污染物、電磁輻射等,都不可避免地會對電子材料產生不良影響。電子材料的金屬表面上一旦形成薄液膜則開始發生腐蝕電化學反應,特別當存在S02、H2S和NOx等污染性氣體及表面防護中使用的有機化合物分解產生氣體和有機酸時,將使電子材料快速腐蝕,器件功能喪失殆盡,整體系統崩潰。因此,在電子產品的制造、使用過程中,必然要面臨電子材料環境適應性的相關問題。
電子元器件是由多種金屬和合金及眾多電子材料部件組裝而成的,其在生產、儲存和使用過程中所面臨的環境破壞問題經常比結構材料更嚴重,并且由環境產生的損傷往往嚴重影響甚至完全破壞電子材料的使用性能。近年來,電子產品向更高集成度、更快運行速度、更低功耗與多功能性發展,而且使用環境更加廣泛、苛刻,因此,電子元器件發生的腐蝕比一般的環境損傷程度更快速,后果更嚴重,而且更難以預防,導致電子材料的環境適應性問題顯得愈發重要。有資料顯示,52%的電子產品故障失效是由環境效應引起的,其中,由溫度引起的占40%,由振動引起的占27%,由濕度引起的占19%,其余14%是由砂塵、鹽霧、污染物等因素引起的故障。因此,環境適應性試驗作為電子材料可靠性試驗的一種類型已經發展成為一種評價使用環境如何影響其性能和功能的方法。
電子材料種類繁多,應用結構復雜,其中Cu.Ni、Au、Pd、Ag、Al及其合金和Sn合金,在電子材料中獲得了廣泛的應用,它們主要被用作導電材料、觸點或接點材料、插件材料和框架材料。在潮濕及污染空氣中的插件、印制電路板(PCB)、連接焊點、傳感器基膜等部位極易發生破壞性失效。在高集成度元器件和印制電路構成的多種金屬和合金體系中,會發生電偶腐蝕、縫隙腐蝕、微孔腐蝕、應力腐蝕、雜散電流腐蝕等多種形式的環境失效問題。正是電子材料所用材料和所處環境的多樣性及電子材料結構上的特殊性,使得電子材料的環境失效機理非常復雜。
為了開展電子材料環境適應性評價,以電子材料中常用的Cu、Ni、Ag、Al等金屬及其合金的環境腐蝕數據作為參考。雖然這些金屬和合金材料已經在我國典型自然環境中開展了廣泛的材料投試工作,積累了大量的數據可供參考,但與結構材料相比,電子材料的環境適應性規律具有獨特性,少量的污染物就可能導致電子材料的嚴重破壞,即使印制電路板有有機膜保護,也難以避免發生破壞。因此,需要開展我國典型氣候區域和海域及局部環境中電子材料的環境適應性數據積累、環境適應性評價試驗方法和標準、環境失效機理模型,以及環境嚴酷度分級標準的基礎性研究工作,為電子產品的設計、生產、防護措施的正確選擇提供理論指導。
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叢書序
叢書前言
前言
第1章 PCB大氣環境腐蝕概述
1.1 電子材料種類
1.2 PCB的大氣腐蝕失效形式
1.2.1 PCB斷路失效行為與機理
1.2.2 PCB短路失效行為與機理
1.3 PCB大氣腐蝕類型
1.3.1 均勻腐蝕
1.3.2 電偶腐蝕
1.3.3 微孔腐蝕
1.3.4 腐蝕產物蠕動
1.3.5 縫隙腐蝕
1.3.6 振動腐蝕
1.3.7 微生物腐蝕
1.4 大氣環境腐蝕性的主要環境因素
1.4.1 濕度
1.4.2 溫度
1.4.3 污染性氣體
1.4.4 塵埃
1.4.5 電場和磁場
1.5 PCB大氣腐蝕防護方法
1.5.1 PCB鍍層防護技術
1.5.2 三防技術
1.5.3 封裝技術
參考文獻
第2章 PCB戶外大氣環境腐蝕試驗方法
2.1 大氣環境暴露試驗方法
2.1.1 直接暴露試驗
2.1.2 半封閉和全封閉暴露試驗
2.1.3 PCB戶外試驗方法
2.2 腐蝕分析方法
2.2.1 腐蝕產物分析方法
2.2.2 腐蝕電化學分析
2.2.3 掃描開爾文探針測試分析
參考文獻
第3章 PCB在熱帶雨林大氣環境中的腐蝕行為
3.1 西雙版納試驗站大氣環境特征
3.2 PCB在熱帶雨林大氣環境中的腐蝕形貌
3.2.1 PCB-Cu腐蝕形貌
3.2.2 PCB-ImAg腐蝕形貌
3.2.3 PCB-ENIG腐蝕形貌
3.2.4 PCB-HASL腐蝕形貌
3.3 PCB在熱帶雨林大氣環境中的腐蝕電化學分析
3.3.1 PCB-Cu腐蝕電化學分析
3.3.2 PCB-ImAg腐蝕電化學分析
3.3.3 PCB-ENIG腐蝕電化學分析
3.3.4 PCB-HASL腐蝕電化學分析
3.4 PCB在熱帶雨林大氣環境中的微區腐蝕分析
3.4.1 PCB-Cu掃描開爾文探針測試分析
3.4.2 PCB-ImAg掃描開爾文探針測試分析
3.4.3 PCB-ENIG掃描開爾文探針測試分析
3.4.4 PCB-HASL掃描開爾文探針測試分析
3.5 PCB在熱帶雨林大氣環境中的電化學遷移行為
3.5.1 PCB-Cu電化學遷移行為
3.5.2 PCB-ImAg電化學遷移行為
3.5.3 PCB-ENIG電化學遷移行為
3.5.4 PCB-HASL電化學遷移行為
3.6 小結
參考文獻
第4章 PCB在干熱沙漠大氣環境中的腐蝕行為
4.1 吐魯番試驗站大氣環境特征
4.2 PCB在干熱沙漠大氣環境中的腐蝕形貌
……
第5章 PCB在干燥城市大氣環境中的腐蝕行為
第6章 PCB在濕熱城市大氣環境中的腐蝕行為
第7章 PCB在污染海洋大氣環境中的腐蝕行為
第8章 PCB在典型大氣環境中的腐蝕機理
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