探究表面和界面的神奇世界之開(kāi)篇

表面和界面是材料科學(xué)與工業(yè)技術(shù)應(yīng)用中的兩個(gè)重要概念。表面是物質(zhì)與外界接觸的部分，而界面則是兩種不同物質(zhì)相接觸的地方。任何材料都有與外界接觸表面或與其他材料區(qū)分的界面，在大力發(fā)展的電子裝聯(lián)技術(shù)中，材料表界面的問(wèn)題更為突出。因此，材料表界面的研究在電子產(chǎn)品中的地位越發(fā)重要。

電子產(chǎn)品中表面鍍層/涂層的腐蝕、磨損，粘接/焊接部位的斷裂等都是零件表面材料或結(jié)合界面材料變異的過(guò)程，要實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的管控，就需要了解表面和界面相關(guān)的知識(shí)。在物質(zhì)科學(xué)中，表面和界面的性質(zhì)主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1. 相變化

如SMT生產(chǎn)中的焊接工藝的相變化：

圖1：焊料與焊盤焊接后形成IMC層

錫膏中的金屬成份(主要是Sn)與PCB的焊盤（Cu）在高溫條件下生成新的相（IMC層），如圖1所示。

如PCBA表面的涂覆層:

在化學(xué)氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）過(guò)程中，氣態(tài)的反應(yīng)物質(zhì)在表面上凝聚成固態(tài)的薄膜，如圖2所示。

圖2：CVD: 涂覆后的PCBA

2. 化學(xué)變化

表面和界面也是化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所。表面上的化學(xué)反應(yīng)可以發(fā)生在固體表面、液體表面或氣體表面，例如催化反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)等。在界面上，不同相之間的相互作用導(dǎo)致界面區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生變化，例如，在液體-液體界面上，可以發(fā)生離子交換、化學(xué)平衡調(diào)整等反應(yīng)。

如在PCB潔凈的焊盤基材(Cu)表面通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)可以形成新的保護(hù)鍍層（ENIG），如圖3所示。

圖3：PCB焊盤鍍層:ENIG

3. 物理相關(guān)性

表面和界面的特殊性質(zhì)還與材料的吸附、解吸性能、防腐、耐磨、粘附、潤(rùn)濕性等有關(guān)。例如，在材料的表面和界面處，由于表面能的存在，物質(zhì)的吸附和解吸性能會(huì)受到影響，從而影響材料的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)。此外，表面和界面的特殊性質(zhì)還會(huì)影響材料的防腐、耐磨、粘附、潤(rùn)濕性等性能，從而影響材料的使用壽命和性能，如圖4所示。

圖4：表面能降低導(dǎo)致的“縮錫”現(xiàn)象

綜上所述，表面和界面是電子裝聯(lián)技術(shù)中的不可忽略的領(lǐng)域。通過(guò)對(duì)表面和界面進(jìn)行科學(xué)的研究和管控，可以有效解決電子產(chǎn)品出現(xiàn)的污染、腐蝕、磨損、粘接不良、斷裂等失效問(wèn)題或潛在風(fēng)險(xiǎn)，從而提高電子產(chǎn)品的裝聯(lián)品質(zhì)與可靠性。

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