获奖项目名称：

电子器件焊料合金电化学迁移机制与防护涂层设计

第一完成单位：

国网电力工程研究院有限公司

项目联系人：

易盼

联系人电话：

18810860652

联系人邮箱：

bkyipan@126.com

项目简介：

2.1研究目的
  电子材料横跨电子信息与新材料两大国家鼓励发展行业，是战略新兴产业之一，是世界各国为发展电子工业而优先开发的关键材料之一。由腐蚀引起的电化学迁移短路是电子材料在服役过程中最主要的失效形式之一，目前已有较多研究，但仍存在以下挑战：（1）当前多采用湿热实验、铂针薄液膜装置以及电化学测试等分析焊料合金ECM失效机制，缺乏微纳尺度的原位观测技术，很难直接观测焊料合金腐蚀行为演变机制，并且电化学迁移形成的枝晶成分仍存在争议。（2）在焊料合金电化学迁移薄液膜试验装置方面，目前多采用带有Pt针的千分尺和欧姆表确定覆盖在试样表面薄液膜厚度，Pt针尖的团聚现象严重影响薄液膜厚度测试精度。大气服役环境下，焊料合金电极动力学机制与ECM临界偏压如何演变，是否满足实际服役偏压要求等鲜有报道（3）电力电子装备在实际服役环境下，缺乏科学有效的焊料合金电化学迁移防护方法。本项目重点在于阐明焊料合金电化学腐蚀失效机制；设计构建高精度薄液膜装置，阐明大气环境下焊料合金ECM电极动力学规律及临界偏压；最后设计提出电子材料防护技术，提升电力电子设备服役寿命。
2.2主要科学发现点
  （1）项目采用液下原子力显微镜原位观测了Ag3Sn和Cu6Sn5引发SAC305合金局部腐蚀过程，并应用第一性原理计算从电子逸出功函和电荷转移速率常数进行了阐释，提出了焊料合金腐蚀行为受电偶腐蚀、电子结构以及材料微观结构协同影响机制。
  （2）发明了高精度薄液膜厚度测试系统和ECM原位观测装置；获得了阴阳极电极电位与极板间偏压关系曲线；明确了ECM的临界偏压（1 V）及相应电极反应。
  （3）提出了磁控溅射涂层、Nd稀土调控改性对焊料合金腐蚀行为影响规律；提出了户外电力电子设备的散热防护涂层作用机制。
2.3成果产生的价值
  本项目具有原创性强、难度大等特点，成果在国内外产生了较为重要的影响。发表论文43篇，其中SCI论文31篇，授权专利5项，出版专著2部，发布标准3件。研究成果不仅为改善电力与通讯设备、军用设施等电力电子装备焊点可靠性和环境适应性提供了理论支撑，同时也丰富了焊料合金化组织调控设计理论，促进了高耐蚀、低ECM敏感性焊料合金推广应用。