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熱疲勞試驗方法六(電遷移(ECM)試驗)

日期: 2022-01-07 點擊: 1105

隨著電子產品向小型化以及智能化的方向發展,焊點及導線之間的間距越來越細,而焊點在形成工藝過程中在其表面或周圍會有一定的殘留物聚集。當這些殘留物中包含有腐蝕性強的離子性物質時,將會給焊點乃至整個PCB組件帶來腐蝕和漏電的可靠性問題,這一問題產生的主要機理就是發生了電化學遷移(ECM)。為了評估焊點或PCBA發生電化學遷移的可能性,常常需要針對PCBA工藝過程或相關物料進行電遷移試驗。電遷移發生的機理和過程可以簡單描述如下:第一步,焊點表面的金屬在大氣環境下首先氧化形成氧化物﹔第二步,殘留物吸濕并電離出活性離子;第三步,活性離子在空氣中水分的幫助下與金屬氧化物反應并生成金屬離子;第四步,設備工作時焊點之間產生電位差,金屬離子向陰極移動;第五步,金屬離子移動過程電場反復導致離子結晶析出溶解反復;上述第三步至第五步反復循環,最終產生枝晶及漏電。其中最容易產生電遷移或枝晶的金屬元素是銀、鉛、錫及銅。圖1.7是這些枝晶的典型代表。而這種失效往往不是一兩個樣品的失效,而是整批次的產品都會出故障,導致損失巨大。

                                                                                                         (a)鉛枝晶                                                              (b)銀枝晶

                                                                                                                                    圖1.7      電遷移產生的典型枝晶

評價焊點的生產工藝或材料的電遷移情況,一般按照標準IPC-TM-6502.6.14.1(抗電化學遷移試驗)規定的程序進行。其主要方法簡單介紹如下:首先要在實際的樣品上制作標準的梳形電極圖形,或參照標準制作標準的梳形電極(間距0.318mm),見圖1.8,也可以在實際的PCBA上選擇類似的圖形進行參考測試。然后使用相應的材料與工藝并且按照正常的工藝流程制作待測樣品,再將這些樣品接上導線后置于溫濕度為65℃,88.5%±3.5%RH(或40℃,93%±2%RH;85±2℃,88.5%±3.5%RH)的試驗箱中,穩定96h后,測量絕緣電阻作為初始值,然后通過導線加上10V DC的偏置電壓,再在試驗箱中保持500h。最后再測量其絕緣電阻并將其與初始值比較,如果不低于初始值的十分之一,并且無枝晶生長(或生長不超過電極間距的20% ),焊點無腐蝕,則該PCBA或焊點的耐電遷移能力合格。

圖1.8 電遷移所使用的梳形標準電極

近來某些研究顯示,低的偏壓如5V DC更能激發電遷移的發生。為此,一些國際知名品牌的大公司還制定了自己公司內部的電遷移試驗程序,例如,美國惠普公司的試驗條件就是:溫濕度為50℃,90%RH,所加偏壓為5V DC,試驗時間672h (28天)。

當然,對于可靠性要求很高的產品,其電遷移試驗的時間還將被延長到1000h以上,并且連續監視其絕緣電阻值隨時間的變化,同時可能還需要進行PCBA的表面離子清潔度的測量,評估離子殘留量與電遷移發生概率之間的關聯性。


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