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无铅钎料焊点经去离子水清洗后,在焊点表面及其周围有规则形貌的晶体颗粒产生;该异常晶相的产生严重影响焊点的可靠性。本课题以该晶体的产生机理为研究核心,基于金属在水溶液中发生电化学腐蚀的相关理论,揭示了其反应的实质及相关影响因素,并探讨了抑制该晶相产生的可能的办法,以解除由此对焊点可靠性带来的隐患。 本文的主要内容包括以下几个方面: (1)对该晶体的化学组成成分进行了分析,其结果表明该晶体为氧化亚锡晶体(SnO)。 (2)分析结果表明,该晶体的产生机理为金属在水溶液中的原电池反应:焊点中的Sn为反应的阳极,与焊点相连的Au为反应的阴极;阳极Sn反应产生的Sn2+与阴极O反应产生的OH2-在水溶液中相结合生成难溶的Sn(OH)2,并在适当的条件下在焊点表面及周围脱水结晶成氧化亚锡晶体。 (3)实验发现,在Sn-Ag-Cu及Sn-Ag-Cu-Bi系无铅钎料所形成的焊点表面均有氧化亚锡晶体产生,由此说明在以Sn为主要成分的无铅钎料中,少量Ag、Cu、Bi等合金元素的掺入对该原电池反应没有明显的影响;实验同时发现,Sn37Pb钎料焊点表面及周围会产生片状Pb氧化物(PbOx),其产生机理与氧化亚锡晶体的产生机理相类似。 (4)与焊点相导通的阴极材料是该原电池反应发生的必要条件之一;除Au以外,只要能导通电路、为阴极反应提供场所且自身不参与反应的材料均可作为反应的阴极,例如Cu;阴极面积越大,则该原电池反应的速率越快。 (5)水溶液中的Cl-,NO-2NO-3和SO2-4等离子可提高溶液的电导率,有利于该原电池反应的进行;溶液中O2的溶解量越大,则阴极反应条件越充分,越有利于该原电池反应的进行。 (6)焊点在pH值约为11的NaCO-NaHCO233溶液中将发生表面钝化作用形成致密的氧化膜,从而有效地抑制氧化亚锡晶体的产生;采用HO22等氧化剂进行焊点表面再氧化也可起到类似的抑制作用。 以上研究结果揭示了该氧化亚锡晶体的产生机理及相关的影响因素,为生产上最终有效抑制该晶体产生,解除焊点可靠性隐患提供了重要的理论和实验依据,具有积极的工程实际意义。