无铅多元合金焊料的腐蚀和电化学迁移行为与机制研究

电子器件腐蚀失效的最大风险来自互连材料的腐蚀和电化学迁移。新一代的无铅焊料较之传统的Sn-Pb焊料对腐蚀和电化学迁移更复杂更敏感，但对其缺乏系统的认识与理解。本课题以Sn-Ag-Cu为基体掺杂制备系列Sn-Ag-Cu-X（X: In, Bi, Ge, Zn, Ni和RE）无铅焊料，并筛选对电子材料有良好缓蚀性能的气相缓蚀剂；研究无铅多元合金焊料在稳态和非稳态电场与环境腐蚀因素(湿度、温度、污染物、干湿循环等)交互作用下的阳极溶解、阴极去极化、扩散、电化学迁移行为的规律，特别是在吸附液膜下，全面腐蚀和局部腐蚀(特别是电偶腐蚀)行为，以及扩散、阴极沉积与枝晶生长动力学机制和几何分形演化规律；探讨冶金学因素（合金元素和微观组织）、表面状态（缓蚀剂吸附）和腐蚀性离子导电相的空间尺度等因素的影响规律和机制。研究成果将对指导新型无铅电子互连焊料的开发、电子器件腐蚀与防护具有重要的理论和实际意义。

电子器件腐蚀失效的最大风险来自互连材料的腐蚀和电化学迁移。新一代的无铅焊料较之传统的Sn-Pb 焊料对腐蚀和电化学迁移更复杂更敏感，但对其缺乏系统的认识与理解。我们针对焊料中主要成分Sn,深入研究了其在薄液膜环境下的腐蚀和电化学迁移行为,弄清了薄液膜下锡的腐蚀电化学行为规律并建立了相应的腐蚀模型，为电子互连材料在潮湿的环境中使用、维护提供了理论参考。建立了一种原位研究电化学迁移的新方法，成功解决了传统研究电化学迁移行为方法中存在的实验结果重现性差的缺点。在此基础上准确研究了液膜厚度、氯离子浓度、电场强度、合金元素Ag和Cu，氧化型离子硝酸根离子，络合离子柠檬酸根对锡的电化学迁移的影响，首次提出了不同氯离子浓度下的电化学迁移机制。同时，揭示了锡在非稳态电场下的电化学迁移行为规律，并选用改进DLA模型对枝晶生长过程进行分型模拟。