尘土代表性物质对电路板电化学迁移失效作用机理研究

发布时间：2020-07-24 12:13

【摘要】：随着电子器件的集成密度不断增加,印刷电路板(PCB)的导线间距变得越来越小。电化学迁移(ECM)引起的PCB绝缘失效的潜在风险正在上升。与此同时,中国的空气污染严重,空气中的尘埃颗粒可以通过重力和静电吸引进入电子设备并附着在电子元件的表面,ECM的失效机理从而变得十分复杂。因此,研究尘土代表性物质对PCB电化学迁移失效的作用机理,对电子产品中高密度电路板的设计、及可靠性评估方案的制定具有重要指导意义。本课题主要研究了尘土代表性物质对电路板电化学迁移失效作用机理。首先通过水滴实验研究不同离子浓度下高密度电路板电化学迁移现象,同时对电化学迁移产物进行成分检测,得出可溶性盐影响下高密度电路板电化学迁移的失效机理,并采用自然尘土溶液进行了实验验证。然后将不可溶颗粒分布密度分高、低区间,采用正交实验和极差分析研究尘土不可溶颗粒与温湿度、偏置电压对电路板表面绝缘失效时间的作用程度。最后探究了可溶性盐、不可溶颗粒与环境因素交互作用的实验方法,从而模拟尘土造成电路板电化学迁移失效。在可溶性盐(NaCl)的影响下,电化学迁移产生的晶枝中主要成分为Cu和少量Ag。液滴中C1-的作用在于破坏了阳极表面的氧化膜,促进阳极金属的溶解。溶液浓度升高使得失效机制由电化学迁移失效,转变为离子导电导致失效。此时金属离子与阴离子反应生成沉淀,消耗了向阴极迁移的金属离子。当阴离子消耗完全后,阳极金属离子继续迁移到阴极还原形成晶枝。在不可溶颗粒(石英)低分布密度情况下,升温促进了电化学反应,且提高了饱和蒸汽压,进而加速了ECM失效,因此温度的影响最大。此时的显著性为温度电压≈分布密度相对湿度。而在高分布密度情况下,较高分布密度的尘土颗粒层对水分的阻碍作用大于了对水分的吸附作用,这时相对湿度的影响最为显著。所以此时的显著性排序为:相对湿度分布密度≈温度≈电压。另外,由于不可溶颗粒自身的介电特性,改变了两极间的电场分布,导致电化学迁移失效时间与电压的关系不再符合Ahrrinius方程。最后通过将一定浓度可溶性盐溶液滴在电路板上,烘干电路板从而使得电路板表面均匀分布有可溶性盐。随后通过筛子将不可溶颗粒自由散落在电路板表面。并通过温湿箱与稳压源分别提供温湿度与电压。采用此方法可以分别控制各变量,具有一定的可行性。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN41
【图文】：

１）实验样品逡逑实验样品为ＩＰＣ＿ＴＭ－６５０邋２．６．１３《树枝状金属易感性评价》设计的浸银Ｙ形逡逑电路板，如图２－１所不。样品的基板是ＦＲ－４的覆铜层压板，铜基底的厚度为５０（ｊｍ。逡逑１１逡逑

？ｙ逡逑图２－］水滴实验Ｙ型电路板样品图逡逑２）水滴实验装置逡逑使用间距为０．６４ｍｍ的浸银Ｙ型电路板模拟高密度电触点，选取ＮａＣｌ作为逡逑尘土中可溶性盐的代表，并使用去离子水配置成的ＮａＣｌ溶液，来模拟电路板吸逡逑水后在其表面形成的可溶性盐溶液环境。逡逑水滴实验示意图如图２－２所示。通过将导线焊接在测试样品上的圆形焊盘上，逡逑在两个平行电极上施加偏置电压。通过使用皮安表（Ｋｅｉｔｈｌｅｙ邋Ｍｏｄｅｌ邋６４８７）每秒逡逑测量一次测试样品上的平行电极之间的电路板表面绝缘电阻，然后将测量得到的逡逑数据存入计算机中。同时，使用ＰＣＢ样品上方的光学显微镜（ＯＭ）实时观察晶逡逑枝的生长情况。逡逑￣￣

电阻值低于５０ｋｎ时的时间，作为电路板的电化学迁移失效时间，对三次实验失逡逑效时间取平均值。实验结果统计如下表２－３所示。在每种ＮａＣｌ浓度下实验的电逡逑路板样品的表面绝缘电阻曲线选择其中一条，如图２－３所示，这是三次重复测试逡逑中处于中间值的表面绝缘电阻曲线。逡逑逦邋表２－３不同离子浓度下ＮａＣｌ溶液的电路板ＴＴＦ邋逦逡逑离子浓度逦｜离子浓度逦｜离子浓度逡逑ＴＴＦ（ｓ）逦ＴＴＦ（ｓ）逦ＴＴＦ（ｓ）逡逑ｃ邋（ｍｍｏｌ／Ｌ）逦ｃ邋（ｍｍｏｌ／Ｌ）逦ｃ邋（ｍｍｏｌ／Ｌ）逡逑逦０逦４６７逦０５逦９５逦３逦３６逡逑０．１逦２５６逦０６逦８２逦４逦２２逡逑０．２逦１５９逦０８逦７２逦５逦１０逡逑０．３逦１３８逦１逦６７逦６逦０逡逑０．４逦１１２逦２逦４９逦逡逑１３逡逑

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本文编号：2768824