一种用于功率封装的电化学迁移测试方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于功率封装的电化学迁移测试方法及装置，该测试方法包括如下步骤：步骤S1，采用金属纳米导电墨水在基板上印制待测试的电极图案，得到待测样品；步骤S2，对待测样品的电极图案进行等离子表面处理；步骤S3，将待测样品固定在光学显微镜的载物台上，调整焦距及放大倍数，待出现清晰完整的图像，将电源表的正负极与待测样品的电极相连；将液体滴在待测样品上形成液膜，并在启动电源表施加电压的同时，采用原位观察设备开始原位观测，得到电化学迁移过程的原位监测图片以及与电流电压变化曲线。采用本发明专利技术的技术方案，方法操作简单，周期较短，装置搭建也十分便利，并且得到的实验结果具有良好的可观测性与重复性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于功率封装的电化学迁移测试方法及装置


[0001]本专利技术属于功率电子封装领域中电化学迁移测试
，尤其涉及一种用于功率封装的电化学迁移测试方法及装置。

技术介绍

[0002]随着电子技术的不断革新以及对电子设备多功能化和便携化的需求，电子元器件正向高度集成化、微型化、更多引脚数目、更加轻薄等的方向发展。电子元器件中的线路板连接器之间、芯片引脚、导线间、焊点之间的间距也在这个前提下急剧减小，这种情况下的工作电压即使只有几伏特，其电场强度仍可达 100~1000 V/cm。因为90%以上的电子设备在大气环境中使用，温度、湿度、灰尘颗粒及大气污染物等工作环境不可避免地会影响电子设备，使得电化学腐蚀和电化学迁移失效很容易发生。例如，即使10
‑
6 级浓度的微量腐蚀性气体，也会对电子设备产生严重腐蚀，导致电子设备故障。
[0003]电化学迁移被认为是电子元器件在电场与环境作用下发生的一种重要的失效形式。电化学迁移的发生通常会显著降低电子元器件绝缘层的绝缘性能，甚至成为导体，引发严重的短路现象，这也会导致元器件发热，严重时会发生元器件的烧毁甚至造成火灾事故。电化学迁移失效的重要诱因是环境中的高湿、高温和电极间的电场强度。因此，这里有很重要的现实意义去研究电子元器件或电子设备中焊点、导间或通孔间的电化学迁移行为，这对建立多因素作用下电子材料腐蚀失效规律和改善电子元器件可靠性有重要的理论价值和实际意义，并可为电子设备系统中电子电路和电子元器件的选材、设计、制造、防护和维修等提供理论指导。/>[0004]电化学迁移主要有两种形式，一种是枝晶生长：金属在阳极被溶解成离子并迁移至银极后，被还原成枝晶，且不断向阳极生长，当枝晶与阳极接触后，整个回路短路，从而电子元器件失效。另一种是导电阳极丝的生长：在湿度与电场强度都很大的情况下，导电性的金属盐沿环氧板、玻璃纤维的界面，从阳极开始形成不断向阴极生长的导电丝，当导电丝与阴极接触后，整个回路短路，造成电路故障。
[0005]但是现有的电化学迁移测试方法如湿热偏置法和水滴法，存在试验中电化学迁移观测困难、迁移过程难以捕捉等问题。

技术实现思路

[0006]针对以上技术问题，本专利技术公开了一种用于功率封装的电化学迁移测试方法及装置，以薄液膜法为研究方法自行搭建了用于电子材料的电化学迁移原位观察、实时监测平台，解决了试验中电化学迁移观测困难、迁移过程难以捕捉等问题。
[0007]对此，本专利技术采用的技术方案为：一种用于功率封装的电化学迁移测试方法，其包括如下步骤：步骤S1，采用金属纳米导电墨水在基板上印制待测试的电极图案，得到待测样品；步骤S2，对待测样品的电极图案进行等离子表面处理；
步骤S3，将待测样品固定在光学显微镜的载物台上，调整合适焦距及放大倍数，待出现清晰完整的图像，将电源表的正负极与待测样品的电极相连；将液体滴在待测样品上形成液膜，并在启动电源表施加电压的同时，采用原位观察设备开始原位观测，得到电化学迁移过程的原位监测图片以及与电流电压变化曲线。通过原位监测图片以及与电流电压变化曲线，可以分析出电化学迁移的状况。其中原位观察设备可以是3D光学显微镜或高速摄像机，通过该设备拍摄的原位监测图片，清晰度高。
[0008]与传统的电化学迁移测试方法如湿热偏置法和水滴法相比，采用此薄液膜法的技术方案，预先在试样表面形成一定厚度的薄液膜，其优势在于能够在整个实验过程中精确地控制试样与电解质之间的接触面积，这可以提高定量分析电化学迁移过程的精度。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1包括：步骤S11，将金属纳米颗粒与有机溶剂混合均匀，获得金属纳米导电墨水；步骤S12，将金属纳米导电墨水印刷在基板上，待墨水风干后，然后对印刷后的样品进行预烧结处理；步骤S13，对样品进行强脉冲光烧结，完成电化学迁移待测样品的制备。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，步骤S11中，所述金属纳米颗粒为铜纳米颗粒、银纳米颗粒、银包铜纳米颗粒中的一种。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述有机溶剂包括PVAc、乙基纤维素、乙酸乙酯、1
‑2‑
丙二醇、消泡剂、松油醇、DBE的两种或两种以上的混合物。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述金属纳米颗粒与有机溶剂的质量比为7：1~ 10：1。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，步骤S11中，将金属纳米颗粒与有机溶剂采用超声进行震荡，然后放入混膏机进行混合。优选的，所述超声震荡的时间为5~10 min，所述混膏机的转速为100~1000 r/min；所述的混膏次数为4~6次。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，步骤S12中，采用丝网印刷的方式将金属纳米导电墨水印刷在基板上，所述丝网的目数为100~300目。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述基板为氧化铝、氮化铝陶瓷基板中的一种。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，步骤S12中，将将金属纳米导电墨水印刷在基板上得到的电极图案中，两个相邻导电图案之间的间距为0.5
‑
3 mm。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，步骤S12中，所述预烧结处理的参数为：升温速率为1
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5℃/min，保温温度为50
‑
100℃，保温时间为10
‑
90 min。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，步骤S13中，强脉冲光烧结的参数为：强脉冲光能量为0~8.04 J/cm
²
，脉冲宽度为0
‑
30000 us，重复次数为1
‑
100次。优选的，所述强脉冲光能量为0.1~8.04 J/cm
²
，脉冲宽度为1
‑
30000 us。进一步优选的，所述强脉冲光能量为5~8J/cm
²
，脉冲宽度为1000
‑
3000 us。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2还包括，采用高温胶带固定出待测试区域，步骤S3中，将液体滴入高温胶带固定的待测试区域。
[0020]优选的，待测试区域为面积1
‑
100 mm2的方形区域。
[0021]优选的，所述高温胶带的厚度为50
‑
200 um。
[0022]优选的，所述液体为纯水、氯化钠、硫酸钠、溴化钠溶液中的一种或两种混合溶液。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，所述等离子表面处理的气氛为氮气、氩气、氧气中的任
意一种，射频时间为1
‑
10 min，射频功率为0
‑
200 W。进一步优选的，所述射频功率为0.1~200W。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，所述液体的体积为1
‑
100μL，所述液膜的厚度为10
‑
100μm。
[0025]作为本专利技术的进一步改进，所述施加的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于功率封装的电化学迁移测试方法，其特征在于：其包括如下步骤：步骤S1，采用金属纳米导电墨水在基板上印制待测试的电极图案，得到待测样品；步骤S2，对待测样品的电极图案进行等离子表面处理；步骤S3，将待测样品固定在光学显微镜的载物台上，调整焦距及放大倍数，待出现清晰完整的图像，将电源表的正负极与待测样品的电极相连；将液体滴在待测样品上形成液膜，并在启动电源表施加电压的同时，采用原位观察设备开始原位观测，得到电化学迁移过程的原位监测图片以及与电流电压变化曲线。2.根据权利要求1所述的用于功率封装的电化学迁移测试方法，其特征在于：步骤S1包括：步骤S11，将金属纳米颗粒与有机溶剂混合均匀，获得金属纳米导电墨水；步骤S12，将金属纳米导电墨水印刷在基板上，待墨水风干后，然后对印刷后的样品进行预烧结处理；步骤S13，对样品进行强脉冲光烧结，完成电化学迁移待测样品的制备。3.根据权利要求2所述的用于功率封装的电化学迁移测试方法，其特征在于：步骤S11中，所述金属纳米颗粒为铜纳米颗粒、银纳米颗粒、银包铜纳米颗粒中的一种；所述有机溶剂包括PVAc、乙基纤维素、乙酸乙酯、1
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丙二醇、消泡剂、松油醇、DBE的两种或两种以上的混合物；所述金属纳米颗粒与有机溶剂的质量比为7：1~ 10：1。4.根据权利要求3所述的用于功率封装的电化学迁移测试方法，其特征在于：步骤S11中，将金属纳米颗粒与有机溶剂采用超声进行震荡，然后放入混膏机进行混合，所述超声震荡的时间为5~10 min，所述混膏机的转速为100~1000 r/min；所述的混膏次数为4~6次。5.根据权利要求2所述的用于功率封装的电化学迁移测试方法，其特征在于：步骤S12中，采用丝网印刷的方式将金属纳米导电墨水印刷在基板上，所述丝网的目数为100~300目；所述基板为氧化铝、氮化铝陶瓷基板中的一种。6.根据权利要求5所述的用于功率封装的电化学迁移测试方法，其特征在于：步骤S12中，将将金属纳米导电墨水印刷在基板上得到的电极图案中，两个相邻导电图案之间的间距为0.5
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【专利技术属性】
技术研发人员：计红军，徐诗韵，张文武，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：