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          • 新聞動態

        離子遷移對印刷線路板絕緣性能的影響

        • 作者:東莞市三茗化工科技有限公司
        • 發布時間:2020-07-07
        • 點擊數:

        在發生短路故障的原因中,一個以往就有人注意到而未能引起重視的因素,在電子產品小型化的現在開始引起人們重視。這就是金屬在一定條件下離子化并在電場作用下遷移而導致的短路。本文擬介紹有關這方面的研究進展,以供電子電鍍界同仁們參考。

        1、影響線路板可靠性的因素

            影響線路板可靠性的因素與所使用的環境不同而有所不同,主要因素還是基板的材質質量。尤其是某些潛在的因素,當外部條件發生變化并成為誘導因素時,就會加速潛在因素向臨界狀態轉變,最終導致故障。

            從基材的內在因素來看,決定基板材質的有:高頻特性、耐熱性、耐濕性、尺寸精度、加工性能、機械強度、表面平整度、絕緣性、熱傳導性等。這些性能還和時間和溫度有密切關系,也就是抗老化性能。一些在正常條件下可以合格的基板,在長時間和高潮濕條件下,所有指標都會劣化。而高溫和高濕是與產品所處的環境有關的。

            導致線路板故障的溫度誘因有:元器件的工作發熱;連接不牢或虛焊導致的歐姆熱;不正常放電造成的短路;元件損壞引起的高溫等。

            產生潮濕的誘因有:空氣潮濕;環境潮濕;意外潮濕等。

            還有一個物理化學誘因,就是塵埃、化學品殘留物、以及金屬離子化并在電場作用下遷移而導致的短路故障。這種離子遷移故障在線路板日趨小型化和細微化的情況下,已經成為不可忽視的因素。

        2、離子遷移故障的研究

        2.1 離子遷移研究的歷史

            所謂離子遷移故障是指線路板上的金屬如銅、銀、錫等在一定條件下發生離子化并在電場作用下通過絕緣層向另一極遷移而導致的絕緣性能下降。由于早期的線路板線間距比較寬,發生這種故障的幾率很小,并且只有在高溫潮濕的條件下才有發生的可能,因此這一現象沒有引起重視。

            最早對這一現象進行研究的是美國貝爾實驗室的 Kohman 等人,他們發現在電話交換機的連接件中,有些鍍在銅接線柱上的銀在酚醛樹脂基板內有檢出,他們證實是銀離子的遷移。這種現象有時會引起基板的絕緣性能下降。其發生的原因可能是在直流電壓下受潮的鍍層發生離子化而引起的。經研究發現,除了銀外,鋁、錫都有類似現象。但是很長一個時期幾乎沒有人關注這方面的研究。直到二十世紀七十年代,有關這方面的研究又開始引起人們的注意。這時以陶瓷為基板的高密度印刷線路板和覆銅線路板開始向小型化方向發展,使對基板材質的研究有所發展,使得又有人開始注意到離子遷移對基板絕緣性能的影響。

            這些研究大多數還只是局限在西方,并且論著并不多見。到了二十世紀八十年代特別是九十年代以來,日本也開始關注這一課題,關于這方面的研究報告也多起來。(4) 由于沒有統一的標準,這些研究的重現性欠佳,所得的結論也有所差異。

        2.2 影響離子遷移的因素

            產生離子遷移的原因,是當絕緣體兩端的金屬之間有直流電場時,這兩邊的金屬就成為兩個電極,其中作為陽極的一方發生離子化并在電場作用下通過絕緣體向另一邊的金屬(陰極)遷移。從而使絕緣體處于離子導電狀態。顯然,這將使絕緣體的絕緣性能下降甚至成為導體而造成短路故障。

            發生這一現象的條件是在潮濕環境下,絕緣體表面或內部有形成電解質物質的潛在因素。包括絕緣體本身的種類,構成,添加物,纖維性能,樹脂性能等。

            從基板的構成因素來看,分為三個方面:一是樹脂方面,樹脂的組成,官能團,固化程度,離子濃度(雜質、水解性能等),吸濕性;二是纖維方面:玻璃纖維的密度,有機纖維的吸潮性;三是加工條件方面:通孔的條件(有無電鍍液殘留),層積條件(樹脂間粘合性),加工工藝殘留物(粗化、電鍍等的殘液)。

            從線路板表面的誘因來看,因素就更多一些,除基板因素外,還有基板上所安裝的元件和金屬構件在電鍍孔隙中留下的未能洗凈的電解質,焊料,膠類,易發生電解的物質,灰塵等離子污染,結露等。

            從更深入的研究來看,線路和結構的設計也與是否發生離子遷移故障有關連。因為線路板上的電場分布和易氧化金屬材料所帶的電的極性,是與線路和結構的設計有關的。其中線路間距和線路間所存在的直流電場與發生離子遷移有直接的關系,當兩相鄰近的線路間有直流電場存在,包括同相電流間的電位差的存在,在潮濕條件下,極易發生處于陽極狀態的金屬的離子化并向相對的陰極遷移。這同時與安裝在線路中的元件和器件所用的金屬材料的物理性能也有關系。比如金屬的離子化能、離子的水解性以及離子的遷移度等,都對離子遷移的發生有很大影響。

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