第五章电子组件电化学失效及评价方法邱宝军020-87237921，qiubaojun@ceprei.com电化学迁移1电子组件在一定的条件下，发生电化学迁移、化学腐蚀和阳极导电丝失效案例图前提：存在一定的腐蚀性离子可能存在电场有潮湿条件后果：短路（漏电）或者开路电化学腐蚀、迁移或者阳极导电丝失效总是可以通过绝缘电阻退化的形式表现出来一助焊剂助焊剂的作用：去除母材和焊料上的氧化物热过程中防止母材和焊料再度氧化降低钎焊料表面张力，促进扩散和润湿；传递热量；助焊剂要求：活化温度要比焊料的熔点低表面张力，粘度和比重都要比焊料小生成的残渣要容易去除对母材及焊料无腐蚀性不产生毒气和臭味2助焊剂的特点：1活性太多或太强优点：焊接性能好，缺陷少；缺点：残留物过多、表面绝缘电阻降低，使用过程中的腐蚀问题；2活性物质太少或太弱助焊能力弱，缺陷多；常用助焊剂类型松香/树脂型助焊剂（残留物绝缘性好，但可能影响测试）水溶性助焊剂（含有腐蚀性残留，且溶于水）低固含助焊剂（一般不清洗，对助焊剂的绝缘性能要求更严）3二绝缘电阻损伤机理绝缘电阻失效通常可能发生在PCB的表面或者体内。PCB表面绝缘电阻由表面电阻和体积电阻所决定。主要的三类失效形式：（1）电化学迁移（2）阳极导电丝（3）化学腐蚀（4）离子污染(1)电化学迁移机理在潮湿条件下，金属离子会在阳极形成，并向阴极迁移，形成树枝状晶体，当树枝状晶体连接两种导体时造成短路，而且树枝晶体内的电流骤增二发生熔断。Cl－Pb＋2Cu＋2OH－Sn＋2电化学迁移在PCB表面的形成可能是助焊剂的残留或其他残留的污染所致。4影响电化学迁移的因素‡离子的溶解度‡离子的迁移率（温度和扩散系数）q−Eau=()(DexpkT)ionkT0‡PH值对溶解度的影响（污染物盐的溶解度取决于PH值）‡离子的反应性‡温度（溶解度、迁移率、活性）‡湿度（最关键的因素）和电迁移不同电化学迁移时的反应阳极阴极5常见金属的电化学迁移能力比较(2)阳极导电丝失效机理20世纪70年代，贝尔实验室发现了一种新的失效机理，表现为导体间绝缘电阻突然的难以预料的下降。该失效模式表层下含铜的丝状物生长。发现为从阳极向阴极。bell实验室给出了该失效的模型：玻璃/环氧结合的物理破坏－－吸潮出现水介质－－行成了电化学迁移通道－－－阳极导电丝形成。6(2)阳极导电丝CAF失效机理影响CAF形成的因素孔到孔的结构更容易导致CAF的形成由于电镀通孔壁直接和玻璃纤维直接接触。导线到导线最难形成CAF导体结构7影响CAF行成的因素基板材料基板材料对CAF的影响主要体现为吸水性和抗分层能力等方面。不同基板材料CAF的敏感性程度如下：MC-2>Epoxy/Kevlar>FR-4>PI>CEM-3>CE>BT为了确保不形成CAF，层压板最好选用BT。影响CAF行成的因素电压梯度电压梯度是形成CAF的另外一个关键因素。平均失效寿命和电压梯度之间的关系为：EaL4MTTF=Cexp+d2kbTVC和d为常数；Ea为激活能；T为温度；L为导体间距；V为电压8影响CAF行成的因素助焊剂和HASL液体成分在焊接过程中，当温度达到PCB的玻璃转化温度后，聚乙二醇会扩散进入环氧基板，从而增加基板的吸湿性能，提高CAF形成的机会。应该尽量避免采用含氢溴酸的助焊剂或者熔融液体。影响CAF行成的因素热漂移在焊接过程中，过高的焊剂温度会增加聚乙二醇的吸收，同时增加PCB分层失效的可能，从而导致CAF形成的可能性大大增加。应该尽量避免采用含氢溴酸的助焊剂或者熔融液体。9影响CAF行成的因素PCB存储和使用条件当湿度低于一个临界值时，CAF不会形成。临界值和工作的电压和温度相关。在产品的整个生命周期要求控制环境条件，特别是湿度的控制。(3)化学腐蚀氯化物、碳酸盐和硫酸盐的腐蚀－主要腐蚀含铅的焊料。生成氯化铅（松散的黏附材料）、碳酸铅和硫酸铅（白色多孔）等物质。水分、气体和弱酸的电解溶解作用助焊剂腐蚀：酸性残余物。104离子污染残留在焊点或者印制板上的导电离子，可以引起漏电、电故障、电迁移、短路和侵蚀。离子残留产生途径：PCB板制造、焊接处理、手工操作或者大气中的污染。污染物的常见来源和类型：未充分腐蚀的铜颗粒；铜、锡、铅的金属污斑；助焊