随着电子产品向小型化/集成化的发展,线路和层间间距越来越小,电迁移问题也日益受到关注。一旦发生电迁移会造成电子产品绝缘性能下降,甚至短路。电迁移失效同常规的过应力失效不同,它的发生需要一个时间累积,失效通常会发生在最终客户的使用过程中,可能在使用几个月后,也可能在几年后,往往会造成经济上的重大损失。
但是,电迁移的发生不仅同离子有关,它需要离子,电压差,导体,传输通道,湿气以及温度等各种因素综合作用,在长期累积下产生的失效。所以,通过在样品上施加各类综合应力来评估产品后期使用的电迁移风险就显得异常重要。
比如某些国际知名汽车电子大厂要求其不同供应商,使用不同工艺,不同材质的PCB光板,每一种类型全部需要通过电化学迁移测试才能获得入门资格。
发生在表面的电迁移问题(SIR/MIR)
01电化学迁移测试技术特点
1、专业的设备:采用行业占有率最高的主流进口设备,采样速度更快,漏电捕捉精准,电阻测量精度高。2、专业的工程技术能力支持:除能为客户提供专业的试验评估外,还具备针对测试失效品的专业级失效分析能力,可实现一站式打包服务。3、可灵活地同温湿度环境试验箱,HAST箱,PCT等设备配合测试。
02电化学迁移测试技术应用范围
启威测实验室引入国际领先品牌的绝缘阻抗在线测试系统,可以为客户提供电化学迁移测试评估。适用如下:
1、PCB/FPC抗CAF失效能力评估。2、PCB/FPC抗SIR失效能力评估。3、锡膏/助焊剂抗迁移能力评估。
03电化学迁移测试相关标准
IPC TM650 2.6.25IPC TM6502-6-14-1IPC TM6502-6-3-7IPC TM-650 2.6.3.3
04什么是导电阳极丝测试CAF
导电阳极丝测试(Conductive anodic filament test,简称CAF)是电化学迁移的其中一种表现形式。它与表面树状生长的区别:
1.产生迁移的金属是铜,而不是铅或者锡;2.金属丝是从阳极往阴极生长的;3.金属丝是由金属盐组成,而不是中性的金属原子组成。焊盘中的铜金属是金属离子的主要来源,在阳极电化学生成,并沿着树脂和玻璃增强纤维之间界面移动。
随着时代发展和技术的革新,PCB板上出现CAF的现象却越来越严重,究其原因,是因为现在电子设备上的PCB板上需要焊接的电子元件越来越多,这样也就造成了PCB板上的金属电极之间的距离越来越短,这样就更加容易在两个金属电极之间产生CAF现象。
发生在PCB的电迁移问题(CAF)
CAF形成过程:1、常规FR4 P片是由玻璃丝编辑成玻璃布,然后涂环氧树脂半固化后制成;2、树脂与玻纤之间的附著力不足,或含浸时亲胶性不良,两者之间容易出现间隙;3、钻孔等机械加工过程中,由于切向拉力及纵向冲击力的作用对树脂的粘合力进一步破坏;4、距离较近的两孔若电势不同,则正极部分铜离子在电压驱动下逐渐向负极迁移。
CAF产生的原因:1、原料问题1) 树脂身纯度不良,如杂质太多而招致附著力不佳 ;2) 玻纤束之表面有问题,如耦合性不佳,亲胶性不良 ;3) 树脂之硬化剂不良,容易吸水 ;4) 胶片含浸中行进速度太快;常使得玻纤束中应有的胶量尚未全数充实填饱 造成气泡残存。2、流程工艺问题1) 孔粗-钻孔太过粗糙,造成玻纤束被拉松或分离而出现间隙;2) 除胶渣-PCB制程之PTH中的除胶渣过度,或沉铜浸入玻纤束发生灯芯效应,过度的灯芯加上孔与孔相距太近时,可能会使得其间板材的绝缘品质变差加速产生CAF效应。
05CAF测试方法案例
发生在PCB的电迁移问题(CAF)
1、保持测试样品无污染,做好标记,用无污染手套移动样品。做好预先准备,防止短路和开路。清洁后连接导线,连接后再清洁。烘干,在105±2 ℃下烘烤6小时。进行预处理,在中立环境下,保持23±2 ℃和50±5%的相对湿度至少24h。
2、在该测试方法中相对湿度的严格控制是关键性的。5%的相对湿度偏差会造成电阻量测结果有0.5到1.0decade的偏差。在有偏置电压加载的情况下,一旦水凝结在测试样品表面,有可能会造成表面树枝状晶体的失效。当某些烤箱的空气循环是从后到前的时候,也可能发现水分。凝结在冷凝器窗口上的水有可能形成非常细小的水滴最终掉落在样品表面上。这样可能造成树枝状晶体的生长。这样的情况必须被排除,确保能够得到有意义的测试结果。虽然环境试验箱被要求能够提供并记录温度为65±2℃或85±2℃、相对湿度为87+3/-2%RH的环境,其相对湿度的波动时间越短越好,不允许超过5分钟。
3、测量电阻。采用50V的直流偏置电压,用100V的测试电压测试每块板的菊花链网络的绝缘电阻前至少充电60S的时间。偏置电压的极性和测试电压的极性必须随时保持一致。
4、在初始的绝缘电阻测量后关闭测试系统,使样品在65±2℃或85±2℃、相对湿度为87+3/-2%RH、无偏压的环境下静置96个小时(±30分钟)。96个小时(±30分钟)的静置期后,在每个菊花链网络和地之间测试绝缘电阻。
5、确认所有的测试样品的连接是有效的,每个测试电路对应适当的限流电阻。然后将测试板与电源相连开始进行T/H/B部分的CAF测试。
6、确认适当的偏置电压已经被加载在样品上进行周期性测试。为了比较不同内层材料和制程的耐CAF性能,使用100V直流偏压的标准CAF测试条件。为了确认测试结果与实际寿命之间的关系,第二个偏置电压条件需要选择给定的最高工作电压的两倍。当一个较小的偏置电压不能有效地区别更多不同的耐CAF材料和制程时,更高的偏置电压由于会线性地影响失效时间,应该被避免采用。这是因为过高的偏置电压会抵消掉相对湿度的影响,而相对湿度由于局部加热的原因是非常重要的失效机制部分。
7、在96个小时的静置时间后,测试电压和偏置电压的极性必须是始终一致的。
8、在整个测试过程中,建议每24到100个小时需要换用另外的电阻检测器,确保测试电压和偏置电压的极性始终一致。在电阻测量过程中,为了保证测试的准确性,如果观察到周期性的电阻突降,也应该被算作一次失效。因为阳极导电丝是很细的,很容易被破坏掉。当50%的部分已经失效了,测试即可停止。当CAF发生时,电阻偏小,施加到CAF失效两端的电压会下降。当测试网络的阻值接近限流电阻的阻值时,显得尤为明显。所以在整个测试过程中,并不需要调整电压。
9、500个小时的偏置电压后(一共596个小时),像之前一样重新进行绝缘电阻的测量。
10、在500小时的偏压加载后,可以进行额外的T/H/B条件。然而,最少要进行500小时加载偏置电压的测试,来作为CAF测试的结果之一。
11、在确定为CAF失效之前,应该确认连接线两端的电阻是不是要小于菊花链区域的电阻。做法是将菊花链附近连接测试线缆的线路切断。所有的测试结束后,如果发现某块测试板连接线两端的电阻确实小于菊花链区域的电阻,那么这块测试板就不能作为数据分析的依据。
常规结果判定:1. 96小时静置后绝缘电阻R1≤107欧姆,即判定样本失效;2. 当最终测试绝缘电阻R2<108欧姆,或者在测试过程中有3次记录或以上出现R2<108欧姆即判定样本失效。
使用广州维柯的新产品1-2000/5000VDC多通道SIR-CAF实时监控测试系统以1x1010 -1x1011Ω≤±5%,1x1011 -1x1014Ω≤±20%的电阻测量精度,20mS/所有通道的测试速度,更好的帮助实验室有效测试。
本文转自启威测实验室
