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腐蚀失效机理和形态

2023-02-08
由腐蚀引起的电化学迁移(Electrochemical migration,ECM)是电子产品腐蚀失效的主要原因。电化学迁移存在两种不同的形式:一种是金属离子迁移到阴极,还原沉积形成枝晶,并向阳极生长;另外一种是阳极向阴极生产的导电阳极丝(Conducting anodic filaments,CAF)。金属的电化学迁移最终会造成电路的短路漏电流,从而造成系统的失效。
电路板出现的大气腐蚀机制中,材料表面的吸附液膜扮演着重要角色。液膜厚度在1 μm以上的腐蚀最为严重,液膜之下主要发生的是电化学反应。常见的电子设备在空气中出现的腐蚀形态,可以大致分为以下几类:

局部腐蚀

腐蚀集中在金属材料表面的小部分区域内,其余大部分表面腐蚀轻微或不发生腐蚀。主要由于金属表面状态(涂层缺陷、化学成分等)和腐蚀介质分布的不均匀,导致电化学性不均匀,即不同的部位具有不同的电极电位,从而形成电位差,驱动局部腐蚀的产生。在局部腐蚀过程中,阳极区域和阴极区域区别明显,通常形成小阳极大阴极的组态,阳极腐蚀严重。

微孔腐蚀

一种特殊的局部腐蚀,常见于镀金元件上的特殊电偶腐蚀。由于镀层表面微孔或其他缺陷的存在,中间过渡层甚至基体金属暴露在大气中,Au与其他金属形成大阴极小阳极的电偶对,发生电化学腐蚀。腐蚀产物的出现进一步导致表面缺陷的增大,最终导致镀层破坏。受接触表面微孔腐蚀产物的影响,腐蚀区域将表现出较高的接触阻抗和相移。

电解腐蚀

在相邻导体间距较近且存在偏压的情况下,将形成较强的电场。若此时导体存在液膜,电位较高的导体将会被溶液电解,形成的离子向另一导体迁移,导致导体间绝缘性能迅速下降,破坏导体,最终导致设备失效。


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