česky english Vítejte, dnes je pondělí 17. únor 2020

ElektroMigrace v elektronice – Terminologie

DPS 2/2016 | Zajímavosti - články
Autor: RNDr. Karel Jurák, Ph.D. Ing. Zuzana Nejezchlebová, CSc.

Elektromigrace v elektronice se vztahuje na dva typy mechanismů: Electro- Chemical Migration, EMC, elektrochemická migrace, například na rozhraní kov-izolant-kov s elektrickým napětím mezi kovy, a ElectroMigration, elektromigrace v kovovém vodiči (obr. 3) nebo na rozhraní kov-kov s elektrickým proudem přes toto rozhraní. Jde o závažné poruchové mechanismy pro elektronické součástky i pro elektronické podsestavy. Příspěvek je úvodem do této problematiky, včetně příslušných zkoušek, a obsahuje anglickou a českou terminologii a zkratky.

Obr. 1 Dendrite growth (růst dendritů) mezi prsty hřebenového obrazce [DfR]

Elektrochemická migrace (obr. 1) zahrnuje etapy: water adsorption ( adsorpci vody), flux residues dissolution ( rozpouštění zbytků tavidla), tj. vytváření elektrolytu, anode metal dissolution (rozpouštění kovu anody) a ion migration to cathode (migrace iontů ke katodě). Funkci anody a katody vykonávají dvě sousední vodivé komponenty s (občasným) rozdílem potenciálu, například sousední postříbřené vývody součástky. Tento proces je často pozorován na soldered electronic assemblies (zapájených elektronických sestavách), kde může postupně snižovat izolační odpor mezi vodivými komponentami. Pro potlačování elektrochemické migrace neosazených a zejména zapájených DPS je velmi důležitá PCB Cleanliness (čistota DPS).

Obr. 2, 3

Elektromigrace ve spojích kov-kov byla sledována uvnitř integrovaných obvodů a rovněž na solder joints (pájených spojích) typu flip chip, případně se porovnávaly Pb-free Solder Joints (bezolovnaté) a olovnaté spoje [UCLA].

Pojmy vztahující se na migraci [IEV, 60194, 610]

  • Conductive Anodic Filaments, CAF (vodivá anodická vlákna) – výsledek dendritické migrace kovu, viz obr. 1
  • Contaminants ( znečištění) – zbytky tavidel a jiných iontových nebo organických znečištění
  • Contamination Host (hostitelský materiál znečištění) – materiál, v němž je znečištění naneseno nebo zachyceno
  • Dendritic growth ( růst dendritů) – kovová vlákna, která narůstají mezi vodiči za přítomnosti kondenzované vlhkosti a elektrického napětí (obr. 1)
  • Dendritic migration (dendritická migrace) – migrace, jejímž výsledkem je stromečkovitá struktura narůstající na povrchu, resp. v objemu izolantu
  • Electromigration (elektromigrace) – nežádoucí jev, při kterém kovové ionty migrují přes vhodné médium při působení elektrického pole
  • Interlaminar metallization (interlaminární metalizace) je výsledkem nanášení kovu nebo jeho migrace podél delaminovaných oblastí uvnitř laminátu
  • Ionizable (ionic) contamination (ionizovatelné (iontové) nečistoty) – polární (iontová) sloučenina, obvykle zbytky po zpracování, které se ve vodě rozpouští na volné ionty
  • Kirkendall effect (Kirkendallův jev) – pohyb rozhraní mezi dvěma kovy, který souvisí s rozdílnými rychlostmi difuze atomů kovů; tímto jevem se vysvětlují degradační mechanismy uvnitř integrovaných obvodů
  • Metal surface migration (povrchová migrace kovu) – migrace kovu na povrchu elektrického izolantu
  • Metal through migration (objemová migrace kovu) – migrace kovu objemem izolantu
  • Migration resistance (odolnost proti migraci) – vlastnost desky s plošným propojením odolávat degradaci izolace působením elektromigrace
  • Silver migration (migrace stříbra) – klasický případ migrace atomů stříbra mezi vývody integrovaných obvodů

Post-soldering cleanliness (čistota po pájení ) [001, 61191]

  • Visual requirements (vizuální požadavky na čistotu)
  • Cleaning option (volba čištění)
    • 1 = No surfaces to be cleaned (žádný povrch se nečistí)
    • 2 = One side to be cleaned ( jedna strana se čistí)
    • 3 = Both sides to be cleaned ( obě strany se čistí)
  • Test for cleanliness (zkoušení čistoty)
    • 0 = No test for cleanliness required (není vyžadováno žádné zkoušení)
    • 1 = Test for rosin residues required (je vyžadována zkouška na zbytky kalafuny)
    • 2 = Test for ionic residues required (je vyžadována zkouška na ionizovatelné zbytky)
    • 3 = Test for surface insulation resistance ( zkoušení povrchového izolačního odporu)
    • 4 = Test for other surface organic contaminants ( zkouška na jiná povrchová organická znečištění)
  • Rosin residues on cleaned board assemblies (zbytky kalafuny na čištěných osazených deskách) – Levels A, B, C (vyjádřeno hodnotami v μg/cm2)
  • Ionic residues, instrument method (iontové zbytky, měření přístrojem)
  • Ionic residues, manual method (iontové zbytky, ruční metoda)
  • Surface insulation resistance, SIR (povrchový izolační odpor)

Pojmy vztahující se na zkoušení čistot y [610, 65, 650, 61189, 61191]

  • Visual inspection ( vizuální prohlídka) zapájených desek kontroluje: flux residues ( zbytky tavidel), other ionic or organic contaminants (jiná iontová nebo organická znečištění) a particulate matter ( částice materiálů)
  • Ionizable detection of surface contaminants, static/dynamic method (detekce ionizovaných povrchových nečistot)
  • Surface insulation resistance, SIR (povrchový izolační odpor), viz obr. 2

Pojmy vztahující se na zkoušení Elektrochemické migrace [62866, 9455]

  • Steady state temperature humidity test (zkouška vlhkým teplem konstantním)
  • Temperature humidity cycle test (zkouška vlhkým teplem cyklickým)
  • Saturated pressurized vapor pressure test (zkouška tlakovou saturovanou vodní párou)
  • Water drop test (zkouška kapající vodou)

Literatura

[001] IPC J-STD-001 Requirements for Soldered Electrical and Electronic Assemblies

[610] IPC-A-610, Acceptability for Electronic Assemblies

[61189] ČSN EN 61189 Zkušební metody pro elektrotechnické materiály, propojovací struktury a sestavy Method 5-503 ... – Conductive Anodic Filaments (připravuje se)

[61191-1] ... – Požadavky na pájené elektrické a elektronické sestavy používající povrchové a obdobné montážní technologie

[62866] IEC/TR 62866 Documentation on the evaluation of Electrochemical Migration in Printed Wiring Boards

[65] IPC- CH-65 Guidelines for Cleaning of Printed Boards and Assemblies

[650] IPC-TM-650 Test Methods Manual Method 2.6.3.5 Bare Board Cleanliness by Surface Insulation Resistance

Method 2.6. 6.14 Solder Mask – Resistance to Electrochemical Migration

Method 2.6.14.1, Electrochemical Migration Resistance Test

Method 2.6.25, Conductive Anodic Filament (CAF) Resistance Test (Electrochemical Migration Testing)

[840] IPC-SM-840 Qualification and Performance of Permanent Polymer Coating (Solder Mask) for PCB

[9455] ČSN EN ISO 9455-17 Tavidla pro měkké pájení – Zkušební metody – Část 17: Hřebenová zkouška povrchového izolačního odporu a zkouška elektrochemické migrace zbytků tavidla

[9691] IPC-9691 User Guide for the IPC-TM-650, Method 2.6.25, Conductive Anodic Filament (CAF)

[DfR] White Paper, A Review of Models for Time-to-Failure Due to Metallic Migration Mechanisms, www_dfrsolutions_com

[IEV] International Electrotechnical Vocabulary (IEC 60050) – Part 114 Electrochemistry

[INDIUM] Indium Corporation, Electromigration (EM) and Electrochemical Migration (ECM)

[UCLA] K.N.Tu a další, Electromigration in Solder Joints and Lines

Partneři

eipc
epci
imaps
papouch
ep
mikrozone
mcu
projectik