微量污染环境下典型金属电子材料腐蚀问题
2015-04-11 16:29:26
作者：郭静来源：
随着人们对电子产品轻、薄、短、小型化和多功能化的需求，电子电路及元器件正在向进一步微型化和高度集成化方向发展。受尺寸效应的影响，即使电子材料发生局部微量腐蚀，便会导致整个电子设备系统瘫痪。
2007~2009年，国内某金融企业主机房价值2亿元电子设备连续三年发生含硫大气腐蚀，导致电路板金属露点腐蚀、器件引脚开路，造成大量存储数据的丢失，严重威胁到金融安全、企业效益和客户利益。
南方某造纸企业计算机主板发生腐蚀失效
电子材料的大气腐蚀机理与其它情况下的大气腐蚀相似，受温度、相对湿度、污染物（Cl−、H2S、SO2 和NOx等）和微生物等因素协同作用。随着全球性环境污染的加剧、国际空间站面临霉菌困扰的窘迫、我国空间站微生物腐蚀预研的需要和军用电子装备三防要求（防湿热，防盐雾，防霉菌）的提出，微量污染环境下电子材料腐蚀行为与机理研究成为亟需进行的课题。
铜及铜合金、银及银合金、镍及镍合金、金及金合金、钯及钯合金、锡及锡铅合金、铝、镀锌钢材等被广泛应用于电子设备中，分别作为印制电路板（PCB）导电材料、触点接点材料、可焊镀层材料、铆接焊接安装材料、设备的支撑和框架等。另外，硅铜树脂、聚酰胺和环氧树脂等聚合物分别作为涂层、胶囊包装材料和黏结剂等。
电子材料对环境污染物的浓度要求十分苛刻，甚至远低于对健康损害的标准量级，如SO2的最高浓度允许值为30 ppbv,而对人体健康的标准是1000 ppbv;对于H2S,相应浓度分别为10 ppbv和10000ppbv.同时，在电子电路生产中，材料中残留的少量Cl−或Br−等也可能直接导致电路腐蚀失效。电子材料的大气腐蚀机理和其它情况下的大气腐蚀一样，受相对湿度、温度和污染物（Cl−、H2S、SO2 和NOx等）等因素协同作用。电子设备中的Au、Ni、Cu、Ag、Al等经常发生均匀腐蚀，腐蚀速率的大小取决于电子元件和设备所处的环境，其中，湿度对腐蚀速率大小的影响是最显著的。在潮湿环境中，不同电极电位的金属或合金接触时还容易发生电偶腐蚀：当活性金属表面涂覆或溅射的惰性保护层有小孔或缺陷时，腐蚀性介质将接触活性金属基体而诱发腐蚀。所以，这些金属、合金、镀层和聚合物在环境中的稳定性和耐蚀性直接影响电子设备的可靠性和使用寿命。
电子设备使用环境的复杂性和电子材料选用的多样性，导致了电子材料腐蚀的特殊性，主要表现在：
（1） 薄液膜下的大气腐蚀。电子设备在大气环境中使用，当材料表面的相对湿度达到露点时，就会在电子电路和元器件表面形成一层薄液膜，污染气体、灰尘等就会溶解于其中，形成腐蚀性电解液，发生电化学腐蚀。
薄层液膜下大气腐蚀的特点
（2） 微型化和高密度的多金属材料体系。有高集成度印制电路和元器件构成的多种金属和合金体系，容易发生电偶腐蚀和缝隙腐蚀破坏，极微量的导体和半导体性质的晶须和剥落的腐蚀产物，在狭小的空间内导致元器件引脚和电子电路的短路。
（3） 电子材料腐蚀的环境因素极其复杂。电子设备的结构特点和作用其上的环境因素的复杂性导致了电子材料多种类型的腐蚀。由于尺寸因素导致的环境影响的功能性放大，导致极轻微的腐蚀引起严重性的影响甚至破坏性的后果。
电子设备中金属种类较多，元件间起绝缘或保护作用的涂层（环氧、塑料、陶瓷等）在潮湿甚至缺水的情况下，均能产生良好的离子导电性通道，金属电偶腐蚀的倾向大。同时，由于元器件体积小，空间密度又很大，即使元器件表面存在着微量腐蚀产物，也会产生严重影响，导致电子电路和元器件早期失效。此外，当空气中污染物（如SO2，Cl2，NO2，H2S等）的含量按微量级（10-4%）增加时，电子设备失效的可能性就会显著增加。
随着电子科技的不断革新，电子电路和元器件正在向进一步微型化和高度集成化方向发展，正是这种发展加大了电子材料防腐蚀的难度。在这种形势下，对电子材料腐蚀与防护问题的关注变得越来越重要。
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