电子材料在大气环境下的腐蚀模拟

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电子材料作为整个材料行业不可或缺的一部分,被广泛应用于电子设备中。由于微型化和高度集成化的发展,大气环境下的腐蚀对其内部电子电路和元器件的性能造成严重的影响,导致电子设备失效。印刷箔层压板(PCB-Cu)与化学镀镍金处理技术(PCB-ENIG)以其优良的导电性,被应用于印制电路板(PCB)工艺中,因而PCB-Cu与PCB-ENIG在大气环境下的腐蚀成为学者们的研究热点。本文基于腐蚀机理与元胞自动机理论,分析PCB-Cu与PCB-ENIG在电化学迁移腐蚀过程中基本反应,将反应涉及的不同物质抽象为元胞自动机中的元胞,设定局部演化规则,建立腐蚀模型实现PCB-Cu与PCB-ENIG电化学迁移腐蚀过程的模拟。主要研究内容和结果如下:1、分析PCB-Cu电化学腐蚀机制,建立元胞自动机模型。根据腐蚀过程中的溶解、结晶和枝晶现象,引入电解质浓度c、腐蚀概率Pdis、结晶概率Pcry和还原概率Pred四个参数,模拟PCB-Cu在电压耦合湿热环境下的腐蚀形貌变化,分析不同参数对PCB-Cu腐蚀演化过程的影响。模拟结果表明:PCB-Cu腐蚀过程中,阳极Cu溶解,阳极板边缘形成大量结晶产物,阴极板边缘有少量枝晶生成,模拟结果与试验分布基本吻合;增大c、Pdis和Pcry,阳极板结晶产物生成数量随之增加,阴极板枝晶产物数量减少,而增大Pred,结晶产物数量减少,枝晶产物数量增大。2、以PCB-Cu电化学迁移腐蚀模型为基础,结合PCB-ENIG腐蚀机制,根据过渡层Ni与基底Cu的溶解现象,引入电解质浓度c、Ni层腐蚀概率Pdis1、基底Cu腐蚀概率Pdis2、Ni SO4·6H2O结晶概率Pcry和还原概率Pred,模拟PCB-ENIG腐蚀形貌变化,分析不同参数对腐蚀演化过程的影响。模拟结果表明:PCB-ENIG阳极板镀金层存在缺陷或微孔,过渡层Ni首先发生溶解,阳极板边缘开始有结晶产物出现,一段时间后,Cu基底逐渐暴露出来,参与腐蚀过程,阴极板附近有枝晶产物生成,腐蚀形貌与试验分布基本吻合;模拟发现,增大c、Pdis1、Pdis2和Pcry,阳极板结晶产物生成数量增加,枝晶产物的数量分别随Pdis1、Pdis2及Pred的增大而增加。
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