一种电极材料抵抗电化学迁移绝缘失效的盐液滴检测方法技术

本发明专利技术提供了一种电极材料抵抗电化学迁移绝缘失效的盐液滴检测方法。选取0.1～3mmol/lNaCl或0.1～0.8mmol/lNa2SO4溶液，对多种电极材料在可溶性盐污染下抵抗电化学迁移绝缘失效能力进行检测，包括以下步骤：一，样品准备。样品清洗烘干；配制一定浓度的NaCl或Na2SO4溶液。二，试验环境准备。包括：样品接入测试系统；设置偏置电压和测量参数。三，进行实验。包括：开启视频录像；滴加液滴；启动实验系统；实验持续到绝缘电阻失效后120s。四，数据处理和分析。对电路板失效现象进行形貌分析；提取特征寿命，进行抗绝缘失效能力评判。本发明专利技术中提供的测试方法简单高效，实验原理符合实际应用情况。应用情况。应用情况。

【技术实现步骤摘要】
一种电极材料抵抗电化学迁移绝缘失效的盐液滴检测方法


[0001]本申请涉及工程材料
，具体而言，涉及一种电极材料抵抗电化学迁移绝缘失效的盐液滴检测方法。

技术介绍

[0002]电路板是电子设备的重要组成元件，其可靠性直接决定电子设备的可靠性。电路板及其上封装的元器件的电极材料组合多样，但随着高密度电路的发展，电路线间距不断缩小，在一定的环境温度、湿度、电极间偏置电压的作用下，电极材料之间易发生基于电化学迁移机理的绝缘失效。由于大气环境污染较严重，大气中的尘土颗粒随空气流动进入电子产品内部，在电路板和电子元器件表面沉积，加剧了电极间的电化学反应，促使电极材料的电化学迁移并形成晶枝，造成电极间短路故障。
[0003]研究表明室内大气自然积尘中约有3％的可溶性盐成分，含盐尘土的覆盖降低了电路板表面的临界湿度，这使得在较低环境湿度条件下更容易在电路板表面上凝结水膜。溶入电路板表面水膜的可溶性盐增加了离子浓度，降低了表面绝缘电阻，加速了阳极材料的腐蚀和溶解，从而加速了电极之间的电化学迁移失效。即使0.1mmol/l浓度的NaCl盐溶液也会显著加剧电路板表面的线间电化学迁移现象。当NaCl溶液浓度为0.1mmol～3mmol/l时，浸银电路板电极间的电化学迁移失效会随浓度升高而加剧，失效时间呈负幂函数降低。对于其它材料的电极，如SAC305以及纯锡电极也有类似的加速效果。除了NaCl，Na2SO4也是尘土中可溶性盐的主要成分之一，已有研究表明Na2SO4溶液对于合金电极的电化学迁移也具有加速效果。对于电子产品环境可靠性的检测方法中，较多地使用盐雾实验，而5％的NaCl浓度会对很多金属材料造成严重的腐蚀。对电路板电极材料的电化学迁移特性的研究和测试方法大多采用温湿偏置方法及纯水的水滴实验方法。电路板及其封装元器件的电极材料种类很多，涉及Au、Ag、Cu、Sn、Ni等多种材料，目前还没有一种适用于评估电路板及其封装元器件的电极材料在可溶性盐污染环境下的抵抗电化学迁移绝缘失效能力的检测技术方案。
[0004]为模拟尘土中可溶性盐污染下电路板电极材料的抵抗电化学迁移绝缘失效的能力，本专利技术的检测方法从可溶性盐的种类、浓度区间与施加方法进行分析和设计。
[0005]在可溶性盐种类的选取方面，对北京室内自然积尘的尘土成分进行了分析，阳离子主要包括Ca
2+
，Na
+
，Mg
2+
，K
+
，NH
4+
，阴离子中主要包括NO
3-，Cl-，SO
42-，F-，其中Ca
2+
，Na
+
和NO
3-，Cl-，SO
42-的质量百分比较高。由于含有NO
3-的盐总是易燃且具有强腐蚀性，因此在检测中不采用这类盐。CaSO4是一种微溶盐，也未采用。NaCl和Na2SO4是大气自然尘土成分中较常见的两种可溶性盐，因此选择它们作为可溶性盐的代表物质用于电路板表面的污染源。
[0006]在可溶性盐浓度选取方面，根据不同电极材料在不同盐溶液浓度下绝缘失效机理为电化学迁移为原则，选取NaCl溶液的浓度为0.1～3mmol/l，选取Na2SO4溶液的浓度为0.1～0.8mmol/l。更高的盐浓度会造成电路板电极之间水溶液的离子导电绝缘失效而不再是电化学迁移失效机理。
[0007]对于采用一定浓度的可溶性盐作为环境污染源的模拟，有的采用直接扬撒盐颗粒到电路板上再采用温湿偏置的方法，这种方法中电化学迁移失效时间较长，通常在几十小时数量级，而且由于盐颗粒分布呈离散性，造成电化学迁移失效时间出现较大偏差；也有的直接采用盐雾实验，但NaCl浓度太高造成电极本身严重腐蚀，改变了电极间绝缘失效机理。已有的采用NaCl溶液进行的水滴实验研究中，盐溶液主要用于驱动电化学迁移产生，没有研究盐溶液的成分和不同浓度针对不同电极材料抵抗电化学迁移绝缘失效的定量检测方法。为了评价多种电路板电极材料在可溶性盐污染情况下的抵抗电化学迁移绝缘失效能力，本专利技术采用适当浓度和成分的盐液滴实验的方法在室温下进行，并提高实验重复次数，对异常值进行剔除，最后使用威布尔模型对电路板的失效寿命进行拟合，以提高检测方法的有效性、一致性。

技术实现思路

[0008]1.有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种电极材料抵抗电化学迁移绝缘失效的盐液滴检测方法，本方法选取NaCl或Na2SO4溶液，对电子产品中电路板或电路板上封装的电子元件的电极材料之间基于电化学迁移机理的绝
[0009]缘失效进行模拟和检测，其具体步骤包括：
[0010]一、实验样品准备
[0011]1)同一材料的样品取10个待测；
[0012]2)实验用电阻率18.2MΩ的去离子水超声清洗被测电路板或电子元件样品30分钟，在40
±
2℃环境内烘干12小时；
[0013]二、实验装置准备
[0014]1)以电阻率18.2MΩ的去离子水配置浓度为0.1mmol/l～3mmol/l的NaCl或0.1mmol/l～0.8mmol/l的Na2SO4溶液；
[0015]2)将待测样品固定在样品台上并调整视野中央；
[0016]3)将皮安计探头连接待测样品的两个电极；
[0017]4)进行皮安计表面绝缘电阻测试的参数设置，包括：电极间表面绝缘电阻测量间隔时间1s、测试电压3～5V；
[0018]三、实验步骤
[0019]1)打开样品台上方的光学显微镜摄像头，进行聚焦，开启视频录像；
[0020]2)使用移液器向待测样品上滴加NaCl或Na2SO4溶液，使盐溶液液滴完全覆盖被测电路板或电路板元件的相邻两电极表面；
[0021]3)启动皮安计，施加测试电压，进行两电极表面绝缘电阻测试，同时使用电脑读取皮安计绝缘电阻的测试数据并存储；
[0022]4)通过光学显微镜实时观察样品电极之间的腐蚀，确认电化学迁移晶枝的生成；
[0023]5)实验持续直至皮安计读取的两电极间表面绝缘电阻下降至50kΩ后120s结束；
[0024]6)更换样品，安装于样品台上连接皮安计，重复实验步骤(1)
–
(5)；
[0025]四、数据处理
[0026]1)利用存储的表面绝缘电阻数据绘制两电极间表面绝缘电阻随时间变化的曲线，以启动皮安计直至表面绝缘电阻降至50kΩ的时间作为失效时间；
[0027]2)同一型号样品重复10次实验，按3σ准则去除异常数据，再取失效时间的威布尔特征值作为该实验条件下的该样品的寿命；
[0028]3)以样品寿命进行不同样品电极材料抵抗电化学迁移绝缘失效能力的比较，寿命越长，材料抵抗电化学迁移绝缘失效的能力越强。
[0029]2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于对电路板或电路板上封装的电子元件电极的不同材料均可使用这一检测方法。
[0030]本专利技术的优点在于：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极材料抵抗电化学迁移绝缘失效的盐液滴检测方法，选取NaCl或Na2SO4溶液，对电子产品中电路板或电路板上封装的电子元件的电极材料之间基于电化学迁移机理的绝缘失效进行模拟和检测，其具体步骤包括：一、实验样品准备1)同一材料的样品取10个待测；2)实验用电阻率18.2MΩ的去离子水超声清洗被测电路板或电子元件样品30分钟，在40
±
2℃环境内烘干12小时；二、实验装置准备1)以电阻率18.2MΩ的去离子水配置浓度为0.1mmol/l～3mmol/l的NaCl或0.1mmol/l～0.8mmol/l的Na2SO4溶液；2)将待测样品固定在样品台上并调整视野中央；3)将皮安计探头连接待测样品的两个电极；4)进行皮安计表面绝缘电阻测试的参数设置，包括：电极间表面绝缘电阻测量间隔时间1s、测试电压3～5V；三、实验步骤1)打开样品台上方的光学显微镜摄像头，进行聚焦，开启视频录像；2)使用移液器向待测样品上滴加NaCl或Na2SO4溶液，使盐溶液液滴完全覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：周怡琳，李颖，孔志刚，赵一润，郏雪莉，李晓，梁彬，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：