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表面绝缘阻抗测试的几个概念

导读: 自从晶体管,线路板的诞生之日开始表面阻抗测试SIR/离子迁移测试就成为一个常见的测试工具,我们可以用此工具进行以下的测试:来料检验,材料特性检测和验证,失效分析,品质一致性检查,产品寿命的预测分析等。

自从晶体管,线路板的诞生之日开始表面阻抗测试SIR/离子迁移测试就成为一个常见的测试工具,我们可以用此工具进行以下的测试:来料检验,材料特性检测和验证,失效分析,品质一致性检查,产品寿命的预测分析等。

什么是SIR测试

在电子制造领域,SIR被认为是评估用户线路板组装材料的有效评估手段。SIR测试可以用来评估金属导体之间短路或者电流泄露造成的问题。这些失效通常是由于材料的交互性,工艺控制上的疏忽,或者材料本身特性不能达到用户所需要的性能。通过加速温湿度的变化,SIR能够测量测试在特定时间内电流的变化。表面绝缘阻抗(SURFACE INSULATION  RESISTANCE)可以定义为两个电路导体之间的电阻。方块电阻, 体电导率,和电解污染泄漏 极化污染都可以成为影响表面绝缘电阻变化的因素,我们也可以将表面电阻理解成为整个电路阻止引脚或者引脚表面短路的能力。

在电子制造领域电路板的清洁度也被普遍认为是影响长期可靠性和性能的重要因素。所以监控其清洁度/污染程度的手段也是必不可少的手段。表面绝缘阻抗(SIR)测试数据可以直接反映其清洁度。这也是为什么电路板制造商,助焊剂,涂覆材料和电子产品组装厂商也往往将SIR将作为一个重要的工艺和产品控制工具。

电化学迁移 :(Electrochemical Migration): 

此定义不包括的现象如:在半导体中的场致金属迁移和由金属腐蚀引起的产品污染物的扩散。    

电化学迁移可以定义为在电路板上的导电金属纤维在偏置直流电压下生长。这个现象可能在电路板内部,外部,或者多层板材料间发生。由于阳极离子会溶于溶液中,通过电场的作用,从而在阴极上沉积*终造成金属纤维的生长。

印刷电路板表面受外在离子污染或因腐蚀后铜焊盘表面所产生的离子,将从印刷电路板表面的阳极透过印刷电路板的内层向阴极沉积造成漏(导)电现象。

电化学迁移通常造成两种现象。当污染存在时,在一定的电压的作用下,在阳极和阴极之间形成表面的晶枝生长。当接触面为锡铅焊锡时,铅晶枝会形成树状结构内部,而锡晶枝多为雪花结构。如果偏置电压足够高,在阳极和阴极之间的晶枝会凸出,造成本地的破碎结构。第二种常见的电化学现象就是发生导电阳极丝现象(CAF)。

当一种材料或材料体系在一个潮湿的环境中进行测试时,水蒸汽可以结合离子或无机污染物,生产电解液。随后金属通过表面的电解液作为移动离子的载体,从阳极迁移到阴极。这实质上是一种微观的电镀过程。电化学金属迁移发生的速率依电解液的PH值,离子的迁移率,阳极-阴极距离,相关的金属特性和电势的大小不同而不同。电化学金属迁移测试的典型做法是使用范围从10至100伏的直流电电压进行测试。

电化学金属迁移特别是与金属离子迁移、导电阳极丝的生成相关的都是不可不免的。如果存在一个电解液,离子(如氯离子)可以从阴极流向阳极,产生漏电流,但金属迁移不一定会同时发生。在SIR/表面绝缘阻抗测试中,您通常不能区分出金属离子迁移引起的漏电流与非金属离子迁移的漏电流之间的区别。

导电阳极丝(CAFs)现象和其他电化学迁移的不一样的地方如下:Conductive AnodicFilaments     

(1 )迁移的金属是铜,不是铅或锡。

(2) 导电阳极丝是从阳极向阳极方向生长。

(3) 导电阳极丝是由金属盐类构成的,而不是由中性金属原子构成的。

在导电阳极丝(CAF)生长中,在锡/铅焊料下面的铜基底金属是金属离子的主要来源,该金属离子会在阳极产生电化学反应并沿着玻璃树脂界面进行迁移。在导电阳极丝(CAF)生长中,*常见的阴离子是氯离子(可通过SEM扫描电镜/EDX能量色散X荧光光谱仪来测定),溴离子也可能被观测到。测试模型必须依靠于对温度,相对湿度和电压的失效率来研发(见参考文献11)。导电阳极丝(CAF)的形成可通过较低的电压如50V的直流电来观测。

标准和测试载具

由IPC(美国电子工业联接协会),贝尔实验室和日本工业标准来制定的多个业内标准,该些标准用于界定助焊剂,残余物和敷形涂料。标准的使用,测试的条件和SIR模型的布局由被测材料本身特性来决定。行业认可的测试模型作为Gerber/光绘文件可以通过IPC或者贝尔实验室查询到。多数裸板制作商都熟知SIR测试模型Gerber/光绘资料可以降低生产测试样品的成本。表1-1列出了一些常见测试模型的典型应用。*常见的测试之一是使用IPCTM -650 -2.6.3.3。在85%相对湿度和温度85?C下,使用一个标准梳装模型,此类型的测试适用于表征助焊剂。

SIR/表面绝缘阻抗是否适合您?

如果您计划改进您的制造工艺,那么SIR/表面绝缘阻抗是您需要考虑购买的设备。

变动电路板设计或布局

更改清洁材料或工艺

变更助焊剂和/或锡膏

变更回流焊或波峰焊工艺

使用新色敷形涂料或工艺

考核裸板供应商资质

基于可靠性的产品标定

常见的测试夹具

测试夹具

测试对象

注解

IPC-B-24

液体助焊剂,锡膏,涂覆材料

波峰焊工艺评估

IPC-B-36

助焊剂,锡膏,清洗材料,清洗工艺,涂覆材料

评估工艺

IPC-B-25

IPC-B-25A

阻焊膜,涂覆材料

BELLCORE   测试夹具

助焊剂,锡膏,清洗材料,清洗工艺,涂覆材料

低残留焊接工作组测试夹具

助焊剂,锡膏

用于评估高可靠性,免洗工艺的评估

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