絕緣電阻裂化離子遷移評估系統(tǒng)

絕緣電阻劣化(離子遷移)評估系統(tǒng)(AMI-150-U-5)為什么現(xiàn)在的電子產(chǎn)品必須要特別測試離子遷移，以前好像沒有聽說?1.由于高集成電路技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的體積越來越小，使得對承載各種線路的基板的要求也越來越高。無論是多層板的層數(shù)和通孔的孔徑，還是布線寬度和線距都趨向于微細化，對其制作工藝提出了更高的要求。資料顯示，現(xiàn) 路板的導(dǎo)線間隔已經(jīng)小到

30um

的程度，線路板的層間厚度也只有

40um。并且這些都有進一步向更細微化和薄層化發(fā)展的趨勢?？煽啃砸笠蚕鄳?yīng)提高。特別是防短路或斷路。

在發(fā)生短路故障原因中，一個以往就有人注意到而未能引起重視因素，在電子產(chǎn)品小型化現(xiàn)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(dǎo)致短路。

2.離子遷移所造成的故障主要是使印刷線路板的電絕緣性能下降，嚴重的則是引起線路間的短路，以致于發(fā)生燒毀電器甚至于引起火災(zāi)。這種故障下有增長的可能，因而引起關(guān)注。間距離趨小的情況在1995~1998

年的4

，家電所發(fā)生的設(shè)計和制造方面的故障約有284起，其中因電路板發(fā)熱起火的有8

起，在這8

次起火事故中就有4起是由于離子遷移引起的，并且由于起火事故往往破壞了電路板的原始狀態(tài)，所以有的即便是離子遷移故障也無法加以確定。故障

:

印刷電路板上的離子遷移銅離子遷移鍍金端子(銅基板)PCB的端子1mm銅離子遷移連接頭1mm鍍金端子(銅基板)3.最早對這一現(xiàn)象進行研究的是 貝爾的Kohman

等人,他們發(fā)現(xiàn)在

交換機的連接件中的基板的絕緣性能下降。其發(fā)生的原因可能是在直流電壓下受潮的鍍層發(fā)生離子化而引起的。到了二十世紀八十年代特別是九十年代以來， 也開始關(guān)注這一課題，關(guān)于這方面的 也多起來。4.相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提出要進行表面絕緣電阻＆離子遷移測試.如2003年11月IPC頒布了專門針對CAF性能測試方法IPC-TM-650

2.6.25。FPC(軟性印刷電路板)遷移試驗：試驗規(guī)范溫濕度電壓時間備注日商遷移試驗80℃/

85%R.H.50V1000h日商遷移試驗80℃/

85%R.H.50V1000h日商遷移試驗80℃/

85%R.H.60V1000h(15/15um)日商表面絕緣電阻試驗80℃/

85%R.H.60V1000h線距：15um

線寬：15um日商HAST+SIR試驗120℃/

85%R.H.100V1000h線距：50um

線寬：50um表面絕緣電阻＆離子遷移測試條件表面絕緣電阻、板材產(chǎn)生離子遷移與CAF(陽極導(dǎo)電性細絲物)..等，都是現(xiàn)今所必須要面對的課題之一，但是相關(guān)的試驗條件與規(guī)范數(shù)據(jù)，分散而且凌亂，現(xiàn)將其常用的相關(guān)試驗條件整理出來，讓客戶對于使用到的試驗條件有初步的了解與認識，但相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)可能更新到

版，要根據(jù)現(xiàn)時標(biāo)準(zhǔn)進行作業(yè)，以下參考。CAF(導(dǎo)電性細絲物)試驗條件：試驗規(guī)范溫濕度電壓時間備注廠商01-耐CAF板85℃/

85%R.H.50V>2000h(孔徑&孔距0.5mm),4層板日系筆記型PCB試驗規(guī)范85℃/

85%R.H.1000h>1.16*10^10Ω日系廠商02-CAF-185℃/

85%R.H.50～100V500~1000h日系廠商02-CAF-285℃/

85%R.H.50V240h廠商02-耐CAF板85℃/

85%R.H.50V>1000h孔徑：0.35mm孔距：0.3mm日系-耐CAF銅面積層板85℃/

85%R.H.50V>2000h>1*10^6Ω日系PCB-CAF試驗85℃/

85%R.H.100V>2000h線距0.3mm日系-高耐熱多層材料85℃/

85%R.H.100V>1000h日系-高TG玻璃環(huán)氧PCB材料85℃/

85%R.H.50V1000h日系-低誘電率多層板85℃/

85%R.H.110℃/85%R.H.50V1000h300h>1*10^8Ω日系-耐CAF&無鉛焊錫多層PCB配線材料120℃/85%R.H.100V800h日商-PCB電路板85℃/

85%R.H.100V2000h以上線距0.3mm耐CAF試驗85℃/

85%R.H.50V1000h耐CAF板>小時，(孔徑0.35mm、孔距0.35mm)STANDARDTemp.

/

Hum.Testvolt.TestDurationTest

CouponEndorse日商-化銀層遷移試驗

(SIR)85℃/

85%R.H.1000h日商-化銀層遷移試驗85℃/

85%R.H.504hIPC-4553&J-STD-004>1/10,無樹枝狀結(jié)晶日商-化銀層遷移試驗85℃/

85%R.H.96hIPC-650-2.6.3.5&IPC-4553>10^8符合汽車工業(yè)要求日商-化銀層遷移試驗35℃/

85%R.H.100V96hIPC-650-2.6.3.5&IPC-4553&BellcoreGR-78>10^10日商-化銀層遷移試驗

(SIR)高Tg耐熱電路板85℃/

85%R.H.100V2500hPCB測試條件85℃/

85%R.H.3.3V500hIEC-61189-540℃/

93%R.H.5V72h(每20m測量一次)JES

D22-A110JES

D22-A1105V96

hrsFilpChip封裝[耐濕試驗]85℃/

85%R.H.5V2000h1*10^10Ω以上PCB板結(jié)露試驗

[使用JIS-2梳形電路]16±2℃/60±5%R.H.5V25min25cycle225±2℃/90±5%R.H.5V15min25cycleSIR測試條件(單電壓)多層板層間測試109℃

/

100%R.H.5V/50V168h5*10^7Ω

以上數(shù)位相機鏡頭60℃/

90%R.H.6V1000h>10^13ΩIPC-TM-650-2.6.14.185℃/

90%R.H.10V500h[

too

ical]最小電流1mA(10kΩ)285℃/

85%R.H.10V168h[migration,polymersolder

mask]最小電流1mA(10kΩ)銀遷移試驗(無鉛制程)85℃/

85%R.H.12V1000h>10^13Ω筆記型PCB試驗規(guī)范85℃/

85%R.H.12V650hIPC-TM-650-2.6.325-65℃/90%R.H.100V20cyclePGM下載IPC-SP-818

Flux50℃/

90-95%R.H.45V～50V168hIPC-SF-G1850℃/

96

%

or86℃/

85%～0%R.H45V～50V1000h

~1500hIPC-SF-G1850℃/96%或86℃，85%～90%R.H.45V

～50V96hIPC-SP-818

Flux85℃/

85-90%R.H.45V～50V168hISO

/

PWI9455-17185℃/

85%R.H.50V168hISO

/

PWI9455-17240℃/

93%R.H.50V21天MIL-F-14256D85℃/

95%R.H.50V1000h～1500

hPCB層間絕緣可靠度85℃/

85%R.H.50V1000h10^8Ω以上耐CAF試驗85℃/

85%R.H.50V1000h耐CAF板>小時，(孔徑0.35mm、孔距0.35mm)增層多層板背膠銅箔85℃

/

85%R.H.50V1000h用途：

，筆記型計算機，PDA10^8Ω以上ISO

/

PWI9455-1785℃/

85%R.H.50V168h陶瓷基板[結(jié)露試驗]5-40℃/

95%R.H.50V每段20min、總共500h或750cycle1*10^8Ω

以上陶瓷基板[結(jié)露試驗]5-40℃/

95%R.H.50V總共500

h或750cycle1*10^8Ω

以上MIL-F-1425685℃/

85%R.H.50V96h、168h-S-57185℃/

85%R.H.50V96h

/168h無接著劑銅張基層板85℃/

85%R.H.60V>1500h10^10ΩFlux好壞判定85℃

/

85%R.H.100V250h1*10^9Ω

以上STANDARDIRMig.Temp./Hum.Test

volt.BiasTestDurationTest

CouponEndorse日商遷移試驗85℃/

85%R.H.偏壓10V/100V504hIPC-650-2.6.14.1&IPC-4553&J-STD-004>1/10Bellcore

GR78-CORE85℃/

85%R.H.40～50V10V20days

or500h測試電路：IPC-B-24，初值>1.1*10^11Ω，試驗完畢值>1.7*10^11Ω，或試驗完畢值>初期值/10)IPC-TM-650-2.6.3.385℃/85%R.H.100V50V

/DC(reversednolarity)7dayscalss3[SurfaceInsuration,

Fluxes]，>1*10^10Ω(不清洗)，IPC

B-24板，線寬0.4mm，線距0.5mmSIR結(jié)露試驗條件2H級25℃/85%~

93%R.H.50Vdc/100Vdc50V6days熱循環(huán)20次,1分鐘一筆數(shù)據(jù)JIS

Z

3284185℃/85%～90%R.H.100V45～50V1000hJIS

Z3284ANSI

/

J-STD00485℃/85%R.H.100

V50V168hANSI/JSTD004Bellcore

GR78-CORE85℃/

85%R.H.100V10V500h表面絕緣電阻量測JIS

Z

319785℃/

85%～90%R.H.100V45～50V96h/1000hSIR規(guī)范(雙電壓)相關(guān)名詞解說SIR(SurfaceInsulation電阻)表面絕緣絕緣基板表面的絕緣電阻，相近的導(dǎo)體間須要有高的絕緣電阻,才能發(fā)揮回路機能。將成對的電極交錯連接成梳形圖案(Pattern)，在高溫高濕的條件下給予一固定之直流電壓(BIASVOLTAGE)，經(jīng)過長時間之測試(1~1000小時)并觀察線路是否有瞬間短路之現(xiàn)象進 定，而靜態(tài)量測稱為表面絕緣電阻。表面絕緣電阻(SIR)被廣泛用來評估污染物對組裝件可靠度的影響。與其它方法比較，SIR的優(yōu)點是除了可偵測局部的污染外，亦可測得離子及非離子污染物對印刷電路板(PCB)可靠度的影響，其效果遠比其它方法(如清潔度試驗、鉻酸銀試驗..等)來的有效及方便。CombPattern

梳形電路是一種'多指狀"互相交錯的密集線路圖形，可用于板面清潔度、綠漆絕緣性等，進行高電壓測試的一種特殊線路圖形。IPC-B-25試樣板中的梳形電路ISO

9455-17規(guī)定的IPC-B-24標(biāo)準(zhǔn)電路板■離子移動(離子遷移)(Ion

Migration)在印刷電路板的電極間有離子移轉(zhuǎn)，使絕緣劣化的現(xiàn)象，發(fā)生在印刷電路板(絕緣體)中，受到離子性物質(zhì)污染、或含有離子性物質(zhì)時，在加濕狀態(tài)下施加電壓，即電極間存在電場和絕緣間隙部有水分存在作爲(wèi)條件下，由于離子化金屬向相反電極間移動(陰極向陽極生長)，在相對電極還原成原來的金屬并析出樹枝狀金屬的現(xiàn)象，常造成短路，稱為離子遷移，離子遷移非常脆弱，在通電瞬間産生的電流會使離子遷移本身溶斷

。Electro-migration

電遷移在基板材料的玻璃束中，當(dāng)板子處于高溫高濕及長久外加電壓下，在兩金屬導(dǎo)體與玻璃束跨接之間，會出現(xiàn)絕緣失效的緩慢漏電情形，稱為”電遷移”，又稱為CAF(Conductive

Anodic

Filament)導(dǎo)電性細絲物=陽極性玻纖絲之漏電現(xiàn)象導(dǎo)電性細絲物CAF主要發(fā)生在助焊劑處理后的IPC-B-24測試板上，因為此助焊劑含有polyglycol

。研究顯示焊接制程中若板子的溫度超過環(huán)氧樹脂的玻璃轉(zhuǎn)換溫度（glass

transition

temperature

）時，polyglycol會經(jīng)由擴散進入環(huán)氧樹脂內(nèi)。CAF的增加會使板子易吸附水氣，如此將會造成環(huán)氧樹脂與玻纖的表面分離。基板在焊接過程中吸附polyglycol

的現(xiàn)象會降低測試板面的SIR值，此外，使用含polyglycol

的助焊劑，其

CAF

的現(xiàn)象亦會降低測試板面的SIR

值。cathode（-）anode（+)(a)

樹枝狀M+CAF(b)

CAF

(Conductive

Anodic

Filament)CAF①②③PCBCopper

electrodecathode

(-)anode

(+)Dew

ormoistureDendritemoisture0.5mm0.1mmcathode（-）anode（+)Solder

Dendrite

oBCopper

CAF

iB離子遷移的分類Phase1:

metallic

dissolutionPhase2:

metallic

ion

migratePhase3:

metallic

depositionElectrode

onPCB兩種電化學(xué)遷移形式的比較?雖然這兩種電化學(xué)遷移形式的發(fā)生都需要具備一定的溫度/濕度的先決環(huán)境條件,但它們發(fā)生行為是完全不一樣的,前者是在印制線路板表面發(fā)生的,由吸附在印制線路板表面上的潮濕氣氛或凝結(jié)的露珠構(gòu)成電解質(zhì)環(huán)境,發(fā)生遷移的是釬料中的或釬料焊點以及最線路板上的金屬或合金;后者,是在印制線路板

沿著玻璃纖維和樹脂的界面發(fā)生的,它的發(fā)生首先是基板吸收環(huán)境潮濕氣氛中的水分,這些水分構(gòu)成電解質(zhì)環(huán)境,發(fā)生遷移的既包括基板中的是與基板接觸的焊盤材料或釬料中的金屬或合金等.■Silver

Migration

銀遷移指銀膏跳線或銀膏貫孔(STH)等導(dǎo)體之間，在高濕環(huán)境長時間老化過程中，其相鄰間又存在有直流電偏壓(Bias，指兩導(dǎo)體之電位不相等)時，則彼此均會出現(xiàn)幾個mils銀離子結(jié)晶的延伸，造成絕緣(Isolation)的劣化甚至漏電情形，稱為”銀遷移”。一個八腳小型晶體管封裝的商業(yè)CMOS數(shù)字電位器IC在工作大約1個月后出現(xiàn)了場失效。系統(tǒng)失效分析結(jié)果證實了失效機制：制造完成后，塑料封裝

發(fā)生金屬遷移。這些金屬梁在鄰近的引線框架腳間形成低阻電氣連接，可以傳輸數(shù)百微安的電流。1.

離子遷移測試評估2.

絕緣電阻性能劣化測試評估◆焊劑、印制電路板、光刻膠、焊錫、封裝樹脂、各向異性傳導(dǎo)薄膜(AnisotropicConductive

Film)等電路板、高密度連接電路板用電子組裝材料。BGA、CSP

等微間距圖形（Fine-pitch

Pattern）IC封裝。PDP?！綦娙萜鳌⑦B接器及其他電子器件及材料?！艚^緣材料吸濕特性測試評估。儀器測試范圍PCB離子遷移故障分析影響線路板可靠性因素與所使用環(huán)境不同而有所不同，主要因素還是基板材質(zhì)質(zhì)量。尤其是某些潛在因素，當(dāng)外部條件發(fā)生變化并成為誘導(dǎo)因素時，就會加速潛在因素向臨界狀態(tài)轉(zhuǎn)變，最終導(dǎo)致故障。導(dǎo)致線路板故障溫度誘因有：元器件工作發(fā)熱；連接不牢或虛焊導(dǎo)致歐姆熱；不正常放電造成短路；元件損壞引起高溫等。產(chǎn)生潮濕誘因有：空氣潮濕；環(huán)境潮濕；意外潮濕等。還有一個物理化學(xué)誘因，就是塵埃、化學(xué)品殘留物、以及金屬離子化并在電場作用下遷移而導(dǎo)致短路故障。從基材內(nèi)在因素來看，決定基板材質(zhì)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(dǎo)性等。這些性能還和時間和溫度有密切關(guān)系，也就是抗老化性能。一些在正常條件下可以合格基板，在長時間和濕條件下，所有指標(biāo)都會劣化。而高溫和高濕是與產(chǎn)品所處環(huán)境有關(guān)。不就是測電阻嗎,用手工測量行不行？離子遷移評價以前通常使用梳型電路板為試料，高溫高濕環(huán)境下在梳型電極之間施加電壓信號進行試驗。電極間絕緣電阻的測試則是在每一個規(guī)定時間內(nèi)從高溫高濕槽中取出試料在室溫環(huán)境下進行。可以想象采用這種評價方法在實際測定時，離子遷移現(xiàn)象已經(jīng)

并恢復(fù)到高絕緣狀態(tài)。因此盡管發(fā)生異常，也會存在誤認為沒有異常的

。而且大量試料的絕緣電阻都是由人工測定，處理這些數(shù)據(jù)本身就是一項既費時、效率又低的工作。(a)

樣品(b)

高溫/濕測試(c)絕緣電阻計傳統(tǒng)測量方法(手動測量)需要把樣品從箱體內(nèi)移出,在指定的間隙時間里,

進

量.在指定的時間間隔，樣品從恒溫恒濕箱內(nèi)移出,在室溫下測量其絕緣電阻。這種評價方法，在絕緣電阻測定過程中會有一種不正確的可能性，因為

試樣表面的干燥環(huán)境條件使絕緣電阻又回到了

.為解決這些問題，就需要在高溫高濕環(huán)境下一邊在電極間施加電壓應(yīng)力，一邊連續(xù)的自動測試因離子遷移而在瞬間發(fā)生絕緣劣化和絕緣阻值變化，才是有效的。自動測試系統(tǒng)是能夠?qū)h(huán)境試驗與電氣測試相結(jié)合，并在環(huán)境試驗中對電子零部件及設(shè)備的電氣特性進行實時測試、數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)。其硬件和 有能力在環(huán)境試驗條件下，正確的捕捉評價所需數(shù)據(jù)和故障模式特有的特性變化。而環(huán)境試驗裝置的控制、試驗管理、數(shù)據(jù)處理，均由計算機自動實施。自動測量系統(tǒng)