产品设计研发验证手段：电化学迁移测试（CAF/SIR-ECM）

随着电子产品向小型化以及智能化的方向发展，电路板上的器件引脚间距越来越小，器件排列更加密集，电场梯度更大，这都使得电路板对腐蚀更为敏感。另一方面，电路板应用环境的拓展和产品可靠性寿命要求的不断增加，使得电路板发生腐蚀失效的风险不断增加。

为了评估焊点及PCBA发生电化学迁移的可能性，需要针对PCBA的工艺过程或相关物料进行电化学迁移试验。

一、什么是电化学迁移ECM

1.1电化学迁移定义

电化学迁移(ElectrochemicalMigration，ECM)指在直流电压的影响下发生的离子运动，在电子产品内部，距离较近的两个金属电极之间，具有一定的电压且环境湿度较大的情况下，阳极金属(或氧化物)溶解形成离子，离子在电场作用下迁移，运动到另一极金属处得电子形成金属(或氧化物)沉积的过程。

电气化学迁移在IPC-9201中的定义是“在直流电压影响下在印制线路板的导电金属细丝的生长”。细丝即为表面枝晶。

1.2电化学迁移步骤&机理

1.焊点表面在大气环境下生成金属氧化物；

2.残留物吸湿并电离出活性离子；

3.活性离子在湿气的影响下与金属氧化物反应生成金属离子；

4.金属离子在电压作用下向阴极移动；

5.金属离子移动过程电场反复，导致离子反复结晶、析出、溶解，最终产生枝晶并漏电。

二、影响电化学迁移ECM的因素

影响金属离子迁移状态的因素有：金属的组份和结构、施加的直流电压的大小、环境的湿度、工作温度、工作累计时长等。

金属的组份和结构：在Ag、Sn等易迁移的金属中添加抗迁移、抗腐蚀组分如Pt、Au等能够有效的提高合成的抗电化学迁移能力；此外，与SnPb钎料合金比较，在高Sn的无铅钎料中，因为Sn形成了稳定的钝态膜，故无铅钎料的耐离子迁移性高。

直流电压大小：施加的直流电压越大，在同样的间距下，阴阳两极间的电场强度越大，阳极发生溶解腐蚀的速度越快，阳离子的迁移速率与在阴极沉积的速率也越快。

环境湿度：环境的湿度越高，两极间液膜形成的速度越快，液膜越厚、越宽，越容易引起电化学迁移的发生。

工作温度：工作的温度越高，电化学反应的速率越快，加速了阳极的腐蚀、迁移和阴极的沉积。

工作时长：在发生电化学迁移条件具备的情况下，工作时长越长，两极之间连续形成的枝晶越多，枝晶生长的越粗壮，越容易引发局部的短路、造成功能失效。

三、电化学迁移评估系统

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，适用范围如下：

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。

绝缘阻抗在线测试系统特点：

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：启威测实验室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。

四、电化学迁移ECM测试步骤及测试案例

测试标准:

IPC-TM-6502.6.14.1（该标准用于表面电化学迁移的评估，用于评估焊接材料及过程。）

标准片制备步骤：

1.准备4PCS测试板，用纯水及异丙醇清洗并烘干；

2.用刷子均匀刷助焊剂于3PCS测试片上；

3.将测试片竖直放置1min；

4.推荐波峰焊进行制样（而不是浸锡），锡炉合金为60%Sn/40%Pb，焊锡温度（256±6）℃，对于其他合金，焊锡温度与上面接近；

5.确认无焊锡桥接现象，如有重新制样。

测试步骤：

1.将最终测试片竖直并排放于恒温恒湿柜里，间距至少2.5cm，确保空气流通顺畅，避免凝结液滴滴落到测试片上面；

2.关闭柜子，设定温湿度（65±2）℃，88.5±3.5%RH（或40℃，93±2%RH；85±2℃，88.5±3.5%RH），不加电情况下保留96h，然后用45-100VDC电压测试初始电阻IRinitial；

3.施加电压10VDC,保留时间500h，500h后去掉10VDC，用45-100VDC电压进行测试最终阻值IRfinal；

4.如果最终阻值不低于初始值的十分之一，并且无枝晶生长（或者生长不超过点击间距20%），焊点无腐蚀则该PCBD或者焊点的耐电迁移能力合格。

备注：1.排除由于污染、刮伤、水滴、连锡、裂纹等明显因素影响；2.以106Ω作为阻值极限。

五、如何应对电化学迁移？防治措施有那些？

1.从设计端着手，修改元器件分布、排线等，细化工艺精密度

(1)关键元器件避免使用的易迁移的金属引脚、引线等

(2)使用抗迁移能力强的钎料

(3)避免不同元器件间电场的耦合叠加等影响，加速电化学腐蚀

(4)合理规划电路板的排线，在电场较大的区域保证足够的预留空间

(5)设计芯片、电路的过程中引入“冗余设计”理念，扩大工艺参数窗口

(6)对生产设备进行及时计量、更新，细化工艺精密度，保证精细度符合设计要求，特别是微型的元器件

2.严格控制原料质量

保证电子元器件引脚、键合丝的金属纯度，避免含有杂质金属形成原电池加速电化学腐蚀;控制封装材料(塑封、金属、陶瓷)的杂质含量。

3.严格控制工艺辅料质量

保证焊锡膏、助焊剂、焊料、焊锡丝、胶黏剂、防潮油和清洗剂等材料的质量，确保其成分符合标准，不会引入卤素等腐蚀性离子，固含量、酸度等适用于产品的应用需求。

4.添加三防漆、纳米保护涂层、采用灌装工艺等

根据电化学迁移发生的条件，通过隔绝水汽、污染物、杂质，增加两极之间的介电性等方式，在易发生电化学迁移的部位添加防电化学腐蚀或迁移的保护措施。

5.规范及控制工艺过程中的操作

规范焊接、清洗、涂覆、电镀、密封等工艺过程，避免焊点过大导致两电极距离缩短、三防漆涂覆不完全、清洗不彻底等情况，确保每个工艺过程达到标准。

6.控制贮存及工艺过程环境的湿度、空气中尘土等环境

原料贮存或器件工艺加工环境的湿度过大会造成加工材料表层的水分被封进元器件或PCB板内部，大大增加了发生电化学迁移的概率。

空气中的粉尘、尘土若散落在器件上，可能会阻碍散热，导致局部温度升高;尘土中可溶性盐类可以吸收大气中的水分，增加两极间形成液膜的几率;带电尘土吸附在电路板上可能会形成分布电容改变电路板表面的电场分布等。

7.提高产品制造的机械化程度、减少人工污染

人体的汗液中含有大量的NaCl，其中CI是导致电化学失效最常见且严重的污染物，因此尽量减少关键环节的人工操作，提高产品的机械化程度，有利于控制电迁移的发生。

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