第二篇 PCBA安装焊接中PCB缺陷（故障）经典案例

No.026 Cu离子沿陶瓷基板内空隙的迁移

1.现象描述及分析

Cu离子在陶瓷基板内树脂中的空隙迁移 （见图No.026-1），使电极之间相连接造成短路。

此种迁移现象基本上与在界面上的迁移相同。但是，因其表面不规则，看起来不相同。有代表性的例子如图No.026-2所示的陶瓷空隙中发生的铜迁移和空洞迁移。

2.形成原因及机理

（1） 形成原因

该现象是由在加电压试验或实际使用中，Cu离子沿着电极之间的空隙迁移所导致的。

（2） 迁移机理

电迁移是在直流电压影响下发生的离子运动，潮湿是造成电迁移的重要原因。在潮湿条件下，金属离子会在阳极形成并向阴极迁移形成树枝状晶体 （简称树枝晶） （见图No.026-1），当树枝晶连接了两个导体时就会造成短路。

影响电迁移的因素很多，包括基板和金属种类、污染物、电压梯度和足够的湿气。其中，足够的湿气是关键，因为如果表面没有足够的水单分子层，就不可能发生离子迁移。

在电迁移中，导致失效的原因可能有树枝晶的生长、电路短路或者形成导电阳极细丝（CAF）。树枝晶在表面形成可能是焊膏中助焊剂残留或其他残留物的污染所致。在偏压情况下，阳极金属发生溶解移向阴极并在阴极还原，形成金属树枝晶。偏压下发生的电迁移如图No.026-3所示。

树枝晶的特性与表面金属相关，在阳极可能发生如下的氧化反应：

产生的树枝晶分别有铜的树枝晶 （见图No.026-4） 和夹杂着多面体状氧化锡的铅的针状树枝晶 （见图No.026-5）；铜的树枝晶和铅的针状树枝晶在阴极生长，多面体状氧化锡在阳极周围沉淀。

当阳极部分被完全腐蚀穿时就会导致断路，如图No.026-6所示。

3.解决措施

① 在储存、运输、组装和应用中要采取妥善可靠的防湿措施。

②在各工序操作中，要贯彻执行7S要求，阻断一切污染源。大多数工艺中引入的污染物都不是相互孤立的，而是几种离子同时存在的，部分离子之间还会反应生成新的离子。其中一个简单的例子就是铜与湿空气的反应，通常形成Cu²⁺离子，然而氯化物的存在有利于Cu²⁺离子的生成，形成诸如 （CuCl₂ ）^-的络合物。

③ 要不断改善电子装备的储存和使用环境条件，保持工作环境的干燥。

④ 要尽可能选用抑制电迁移性能好的基板材料。