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线路板故障原因之铜离子迁移

高密度增层线路板通常存在两种主要的故障模式。第一种故障模式是导体层间的铜离子迁移。对于半径只有0.87A的铜离子而言,环氧树脂的结构可以看作是海绵状的。因此,当铜离子受到导电层间的电压影响时,它们很容易通过环氧树脂从阴极迁移到阳极,形成树枝状的铜析出物。

铜离子迁移通常更容易发生在上下相邻的导电层之间,而在同一层导线之间不太容易发生。这主要是因为相邻导电层之间的绝缘层厚度通常只有40微米,而同一导电层内的导线间距一般为100微米。此外,从电场强度的角度来看,垂直导线方向上的电场强度也比平面上的电场强度大,因此上下相邻的导电层更容易发生铜离子迁移现象。

如果在同一导体层内发生铜离子迁移,原因可能与树脂的特性以外的因素有关。例如,在图7.16中显示的去除晶片的线路板接合部分表面,可以看到中间的三条线路之间存在铜离子迁移的现象。这些导线之间的最小线距为65微米,因此铜离子迁移不仅会发生在距离只有40微米的相邻导线层之间,还会发生在线距为65微米的相邻导线之间。

横向铜离子迁移的主要原因之一是印刷线路板表面的铜箔与树脂之间的黏结强度较弱。类似的问题也可能出现在防锡漆开口的位置,导致铜导线和防锡漆之间发生undercut(凹槽)。因此,在形成防焊漆之后进行的制程,如镀金,如果没有充分清洗残留的化学药品,就可能导致undercut区域发生铜离子迁移的问题。这些问题需要在制程控制和质量管理中引起重视并得到解决。

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