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    Cu离子沿陶瓷基板内的空隙进行迁移

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    • 一、现象描述

      Cu离子沿着陶瓷基板内树脂中的空隙进行迁移,在电极之间连接从而造成短路,如图1和图2所示。

      Cu离子沿陶瓷基板内的空隙进行迁移

      图1

      Cu离子沿陶瓷基板内的空隙进行迁移

      图2

      此种迁移现象基本与“在界面上的迁移”相同。

      二、形成原因及机理

      1.形成原因

      是由于加电压试验或实际使用中,Cu离子沿着电极之间的空隙迁移所导致的。

      2.迁移机理

      电迁移是在直流电压影响下发生的离子运动。潮湿是造成电迁移的重要原因。在潮湿条件下,金属离子会在阳极形成,并向阴极迁移,从而形成树枝状晶体。当树枝状晶体连接两个导体时会造成短路。

      影响电迁移的因素很多,包括基板和金属种类、玷污物、电压梯度和足够的湿气。其中,足够的湿气是最关键的,因为若表面没有足够的水分子层,就不可能发生离子迁移。

      在电迁移中,导致失效的原因可能是树枝状晶体的生长、电路短路,或者形成导电阳极细丝(CAF)。树枝状晶体在表面形成可能是由焊膏中助焊剂残留或其他残留物的污染所致。在偏压情况下,阳极金属发生溶解,移向阴极,并在阴极还原,形成金属树枝状晶体,如图3所示。

      Cu离子沿陶瓷基板内的空隙进行迁移

      图3

      树枝状晶体的特性与表面金属化相关。在阳极可能发生如下的氧化反应:

      Cu离子沿陶瓷基板内的空隙进行迁移

      图4

      产生的树枝状晶体有铜的树枝状晶体,如图5所示;铅的针状树枝状晶体,其中夹杂着多面体状氧化锡,如图6所示。

      当阳极部分被完全腐蚀穿孔后就会导致断路,如图7所示。

      Cu离子沿陶瓷基板内的空隙进行迁移

      图5 铜的树枝状晶体在阴极生长

      Cu离子沿陶瓷基板内的空隙进行迁移

      图6 铅的针状树枝状晶体在阴极生长,多面体状氧化锡在阳极周围沉淀

      Cu离子沿陶瓷基板内的空隙进行迁移

      图7 阳极部分被完全腐蚀穿孔后导致的断路

      三、解决措施

      (1)在存储、运输、组装和应用过程中要采取妥善、可靠的防湿措施。

      (2)在各工序操作过程中,要贯彻执行7S要求,阻断一切污染源。

      大多数工艺中引入的污染物都不是相互孤立的,而是几种离子同时存在,部分离子之间还会发生反应生成新的离子。其中一个简单的例子就是铜与潮湿空气的反应,会形成 Cu2+离子,氯化物的存在有利于Cu2+离子的生成,形成如(CuCl2)-的络合物。

      (3)要不断改善电子装备的存储和使用环境的条件,保持工作环境的干燥。

      (4)要尽可能选用抑制电迁移性能好的基板材料。

      Cu离子沿陶瓷基板内的空隙进行迁移

      根据樊融融老师的现代电子装联工艺缺陷及典型故障100例改编 本文转自: 可靠性杂坛

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