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锡焊料作为电子封装材料对电子设备的可靠性起着不可忽略的作用。随着电子设备的小型化和高度集成化,焊点腐蚀愈加严重,导致电子产品失效也愈加严重。而随着含铅焊料的禁用,Sn-Cu、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu系无铅焊料被广泛应用,其可靠性问题逐渐得到广泛重视。电力的普及和快速发展促使电气故障等导致的火灾愈加频繁,聚氯乙烯和聚乙烯作为电线电缆绝缘材料被大量使用,一旦发生火灾,很容易参与燃烧产生火灾烟气。在远离起火点,火灾烟气容易对电子设备造成腐蚀等非热损伤。而目前国内外关于烟气对锡焊料的腐蚀影响研究鲜有报道。因此,本文旨在探究 Sn-0.7Cu、Sn-3.0Ag、Sn-3.0Ag-0.5Cu 和 Sn-37Pb 四种典型锡焊料在聚氯乙烯烟气氛围下的腐蚀行为,分别研究烟气浓度、环境温度和相对湿度等因素对其影响,建立典型锡焊料在聚氯乙烯烟气氛围下的腐蚀动力学模型,分析其腐蚀形貌及变化规律,揭示其腐蚀机理。此外,研究Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料构成的球栅阵列封装在不同浓度聚氯乙烯烟气氛围下的可靠性,分析其电学性能失效模式和腐蚀形貌。(1)烟气组分对锡焊料的长周期腐蚀行为影响研究。采用失重法对比研究含卤素材料聚氯乙烯和不含卤素材料聚乙烯烟气组分对Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料腐蚀15天的质量损失、腐蚀速率等腐蚀动力学参数,利用场发射扫描电子显微镜分析焊料表面腐蚀形貌,采用能谱仪、X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪分析腐蚀产物组成。研究结果表明Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料在聚乙烯烟气氛围下未见明显腐蚀,在聚氯乙烯烟气氛围下腐蚀严重,可分为两个阶段:在烟气沉降阶段腐蚀速率呈快速指数型下降,在烟气沉降完全阶段腐蚀速率以较慢的速率呈指数型下降。Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料在聚氯乙烯烟气氛围下出现大量片状腐蚀产物,随腐蚀时间增加先逐渐变大,随之小而厚实,再继续增大;腐蚀产物主要是Sn21Cl16(OH)14O6、SnO和SnO2;而在聚乙烯烟气氛围下直至15天才见到少许片状腐蚀产物,主要是SnO和SnO2。此外,遴选腐蚀性强的聚氯乙烯烟气研究Sn-0.7Cu、Sn-3.0Ag和Sn-37Pb三种锡焊料长周期腐蚀行为。研究结果表明,三种锡焊料质量损失和腐蚀速率在烟气沉降阶段和沉降完全阶段呈现与Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料相同的指数型变化趋势。Sn-0.7Cu焊料的片状腐蚀产物和Sn-37Pb焊料的片状和纤维状腐蚀产物随腐蚀时间增加而逐渐变大;Sn-3.0Ag焊料的片状腐蚀产物随腐蚀时间变化趋势与Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料一致;Sn-0.7Cu和Sn-3.0Ag焊料的腐蚀产物组成与Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料一致,而Sn-37Pb焊料的片状腐蚀产物与其一致,但纤维状腐蚀产物为PbCl2。(2)烟气浓度对锡焊料的腐蚀行为影响研究。选取20 g/m3～140 g/m3四种不同聚氯乙烯烟气浓度开展其对四种典型锡焊料的腐蚀行为影响研究。研究结果表明,四种锡焊料的腐蚀程度均随烟气浓度增加而严重,当烟气浓度较低时,烟气浓度对锡焊料的腐蚀变化程度影响较大。Sn-37Pb焊料最耐蚀,其次为Sn-0.7Cu焊料,Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料最不耐蚀。四种锡焊料的腐蚀产物均随着烟气浓度的增加而变大。Sn-37Pb焊料腐蚀是以富锡相和富铅相溶解为阳极的电化学反应,而另外三种无铅焊料腐蚀均是以富锡相溶解为阳极的电化学反应。四种锡焊料阴极均发生吸氧和析氢反应。Sn-37Pb焊料之所示最耐蚀是由于其表面生成的PbCl2具有不溶性,能够抑制富锡相的溶解;而Sn-3.0Ag-0.5Cu焊料最不耐蚀是因为作为阴极的金属间化合物表面积大于其他两种无铅焊料。(3)环境温度和环境相对湿度对锡焊料的腐蚀行为影响研究。选取10～50℃和50%RH～90%RH的环境温度和相对湿度研究其对四种典型锡焊料在聚氯乙烯烟气氛围下的腐蚀行为影响。研究结果表明,在10～50℃,四种典型锡焊料腐蚀程度随着环境温度上升而严重;腐蚀产物随之变大。在50%RH～90%RH区间内,四种典型锡焊料腐蚀程度随着环境湿度增加而严重,而在98%RH下,腐蚀程度有所下降,但仍高于80%RH;腐蚀产物大小与腐蚀程度呈现一致的变化趋势。在不同温湿度环境下四种锡焊料的腐蚀产物保持一致:无铅焊料腐蚀产物主要是Sn21Cl16(OH)14O6、SnO和SnO2,而Sn-37Pb焊料腐蚀产物除此之外,还有PbCl2,结果表明外界环境因素并不会影响其腐蚀产物物相组成。(4)烟气浓度对球珊阵列封装的可靠性影响研究。采用NI数据采集仪分析Sn-3.0Ag-0.5Cu构成的球栅阵列封装在不同浓度聚氯乙烯烟气下的可靠性。研究结果表明,在20 g/m3烟气氛围下,菊花链电路电阻随腐蚀时间呈缓慢增加,锡焊球表面被轻微腐蚀。随着烟气浓度增加,原通路电路在刚暴露于烟气氛围时即发生短路,电阻下降,随之电阻缓慢增加。在高浓度140g/m3烟气氛围下,外围通路由于大量烟气的沉降发生二次短路;此外,原开路电路在16.5h左右首次检测到泄露电流,发生短路。因此,Sn-3.0Ag-0.5Cu结构的球栅阵列封装未出现断路故障,而是以短路失效模式为主。