目錄
- What is ECM/SIR?
- What is CAF?
- ECM/SIR與CAF的共同點(diǎn)與差異點(diǎn)
- ECM/SIR與CAF的重要性
- ECM/SIR/CAF的原理
- 離子遷移（ECM/SIR/CAF)的要因分析與解決方案
- ECM/SIR/CAF失效案例分析
- ECM/SIR/CAF test coupon 設(shè)計(jì)方案
- End
What is ECM/SIR?
ECM: Electro Chemical Migration,電化學(xué)遷移;
按IPC-9201 (表面絕緣電阻手冊)的說法,是當(dāng)完成電路板或組裝板,長久高溫高濕之惡劣環(huán)境中,且其相鄰導(dǎo)體間會出現(xiàn)偏壓(Bias)的情況下,會逐漸發(fā)生金屬離子性物體的遷移，并在板面上出現(xiàn)樹枝鹽類生長的痕跡者 (Dendrites),稱為ECM;
SIR: Surface Insulation Resistance,表面絕緣電阻;
SIR是通過測試表面絕緣電阻的方法來監(jiān)控ECM電化學(xué)遷移的發(fā)生程度；
通常我們習(xí)慣講的SIR，即為ECM測試；
What is CAF?
CAF：Conductive Anodic Filament 導(dǎo)電性陽極絲，即玻纖紗束漏電；
ECM是發(fā)生在板面上，其樹枝狀可目視觀察得到。CAF是電路板鍍孔后相鄰的通孔銅壁間在惡劣的環(huán)境中，而出現(xiàn)銅離子沿著玻纖發(fā)生緩慢遷移的行為, 進(jìn)而出現(xiàn)漏電，則只發(fā)生在玻纖束中，通常很難察覺到真相，微切片是比較可行的方法。
ECM/SIR與CAF的共同點(diǎn)與差異
共同點(diǎn)：
- 從產(chǎn)生的原因看：
- CAF與ECM/SIR都是一個電化學(xué)過程；
- 從產(chǎn)生的條件來看（都需要符合下面3個條件）：
- 電解液環(huán)境，即濕度與離子（Electrolyte – humidity and ionic species）；
- 施加偏壓（Voltage bias – Force that drives the reaction）; ·
- 存在離子遷移的通道意味著玻纖與樹脂的結(jié)合間存在缺陷，或線與線間存在雜物等；（“Pathway” – A way for the ions to move from the anode to the cathode；The pathway is along the glass fibers when the resin impregnation to the glass fibers have defects）；
- 加劇其產(chǎn)生的條件類似：
- 高濕環(huán)境（High humidity rate）；
- 高電壓（Higher Voltage levels）；
- 高溫環(huán)境（Higher temperature）；
- 從監(jiān)控的方式看：
- 都是通過監(jiān)控其絕緣阻值變化作為最重要的判斷指標(biāo)；
故很多汽車行業(yè)或?qū)嶒?yàn)室已習(xí)慣上把ECM/SIR從廣義上定義 為CAF的一種（線與線之間的表面CAF）。
差異點(diǎn)：
- 從產(chǎn)生的原因看：
- ECM/SIR是在PCB的表面產(chǎn)生金屬離子的遷移；而CAF 是發(fā)生在PCB的內(nèi)部出現(xiàn)銅離子沿著玻纖發(fā)生緩慢遷移, 進(jìn)而出現(xiàn)漏電；
- 從產(chǎn)生的現(xiàn)象看：
- ECM/SIR會在導(dǎo)體間出現(xiàn)枝丫狀(Dendrite)物質(zhì)；而CAF則是出現(xiàn)在孔~孔、線~線、層~層、孔~線間，出現(xiàn)陽極金屬絲；
- 從監(jiān)控的方式看（除阻值監(jiān)控外）：
- ECM/SIR可以通過放大鏡進(jìn)行直觀的判斷；而CAF只能通過破壞性的切片進(jìn)行微觀條件下的分析；
ECM/SIR與CAF的重要性
由于介電層變薄、線路及孔距變密是高密度電子產(chǎn)品的特性，而大多數(shù)的高階電子產(chǎn)品也需要較高的信賴度，故越來越多的產(chǎn)品被要求進(jìn)行ECM/SIR/CAF測試，如航空產(chǎn)品、汽車產(chǎn)品、醫(yī)療產(chǎn)品、服務(wù)器等，以確保產(chǎn)品在相對惡劣的使用條件下的壽命與可靠性；
離子遷移既然是絕緣信賴度的殺手，因此高密度電子產(chǎn)品都十分在乎及重視材料的吸水性及水中不純物的控管，因?yàn)檫@些正是離子遷移的重要元兇。例如：加水分解性氯、電鍍液中的鹽類、銅皮表面處理物、防焊漆的添加物……等等。一旦疏忽了這些控管，導(dǎo)致ECM或CAF的生成，便會造成產(chǎn)品在使用壽命及電性功能上的障礙；
藉著控制鹵素及金屬鹽類的含量、銅皮上的鉻含量、樹脂中的氯含量、表面清潔度（防焊前處理），這些對絕緣劣化影響很大的項(xiàng)目，可以大幅提升高密度電路板的信賴性。
ECM/SIR/CAF的原理
離子遷移的兩大階段
離子遷移發(fā)生的主因是樹脂與玻纖之間的附著力不足，或含浸時親膠性不良，兩者之間一旦出現(xiàn)間隙（Gap）后，又在偏壓驅(qū)動之下，使得銅鹽獲得可移動的路徑后，于是CAF就進(jìn)一步形成了。
- 離子遷移的發(fā)生可分為兩階段：
- STEP l 是高溫高濕的影響下，使得樹脂與玻纖之間的附著力出現(xiàn)劣化，并促成玻纖表面硅烷處理層產(chǎn)生水解，進(jìn)而形成了對銅金屬腐蝕的環(huán)境。
- STEP 2 則已出現(xiàn)了銅腐蝕的水解反應(yīng)，并形成了銅鹽的沉積物，已到達(dá)不可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式如下：
離子遷移的圖示
離子遷移（ECM/SIR/CAF)的要因分析與解決方案
- 從設(shè)計(jì)方面：
- 越小的距離（孔~孔、線~線、層~層、孔~線間）越易造成離子遷移現(xiàn)象；
解決方案：結(jié)合制程能力與材料能力，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；（當(dāng)然重點(diǎn)還是必須符合客戶要求）
- 玻纖紗束與孔排列的方向；紗束與孔的方向一致時，會造成離子遷移的可能性最大；
解決方案：盡可能避免或減少紗束與孔排列一致的可能性，但此項(xiàng)受客戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)的制約；
- 產(chǎn)品的防濕保護(hù)設(shè)計(jì)；
解決方案：選擇最優(yōu)的防濕設(shè)計(jì)，如涉及海運(yùn)，建議采用PE袋或鋁箔袋包裝方式；
- 從材料方面：
- 樹脂與玻纖紗束之間結(jié)合力不足；
解決方案：優(yōu)化CCL制作參數(shù)；選擇抗分層的材料 ;
- 填充空洞或樹脂奶油層不足；
解決方案：優(yōu)化CCL制作參數(shù)；選擇抗分層的材料 ;
- 樹脂吸溫性差；
解決方案：膠片與基板中的硬化劑由Dicy改為PN以減少吸水；
- 樹脂與玻纖清潔度差（含離子成份）；
解決方案：使用Anti-CAF的材料；
- 銅箔銅芽較長，易造成離子遷移；
解決方案：選用Low profile copper foil；
- 從制程生產(chǎn)條件壓合：
- 壓合空洞；
解決方案：優(yōu)化壓合作業(yè)參數(shù)；選擇含膠量合適的PP；
- 壓合分層;
解決方案：優(yōu)化壓合程式；
- 從制程生產(chǎn)條件鉆孔：
- 鉆孔孔偏；
解決方案：優(yōu)化鉆孔作業(yè)參數(shù)；選擇穩(wěn)定佳的機(jī)臺鉆孔（CPK>=1.67)；使用Hole AOI進(jìn)行品質(zhì)監(jiān)控；
- 密集孔區(qū)域鉆孔造成玻纖與樹脂間產(chǎn)生間隙（Gap);
解決方案：優(yōu)化鉆孔程式；如下圖說明：
- 鉆孔粗糙度大易造成燈芯效應(yīng)；
解決方案：優(yōu)化鉆孔作業(yè)參數(shù)（降低疊板數(shù)，優(yōu)化鉆孔程式等）；
- 從制程生產(chǎn)條件電鍍：
- 除膠渣過度造成燈芯效應(yīng)；
解決方案：優(yōu)化除膠渣參數(shù)；針對不同的基材使用不同的De-smear程式；
- 從制程生產(chǎn)條件其它：
- 表面清洗不凈（防焊前處理）；
解決方案：防焊前處理使用去離子水清潔（有條件時可以使用清洗劑）；監(jiān)控板面離子污染度；
- 多次高溫處理；
解決方案：禁止防焊退洗重工；禁止噴錫重工；
ECM/SIR/CAF失效案例分析
- 案例A:
- 基板空洞；
可能原因：
- 密集孔區(qū)域鉆孔異常；
- 板材異常（含浸制程異常）；
- 多次重工（熱處理）；
- 板材吸濕；
解決方案：
- 優(yōu)化鉆孔程式路徑；
- 要求基板廠商改善；進(jìn)料進(jìn)行熱應(yīng)力測試；
- 禁止防焊退洗與噴錫制程重工；
- 包裝前烘烤；優(yōu)化包裝方式；
- 案例B:
- 防焊下異物；
可能原因：
- 防焊前處理不潔；
- 蝕刻殘銅；
解決方案：
- 確認(rèn)防焊前處理參數(shù)；依頻率更換防焊水洗槽；管控防焊無塵室清潔度；
- 確認(rèn)外層與蝕刻參數(shù)；AOI100%檢驗(yàn)；
- 案例C:
- 防焊下表面不潔導(dǎo)致ECM/SIR后出現(xiàn)樹枝狀電子遷移現(xiàn)象；
可能原因：
- 防焊前處理水洗不凈，導(dǎo)致殘留離子物質(zhì)；
- 防焊固化不足；
解決方案：
- 確認(rèn)防焊前處理水洗條件（使用去離子水，有條件時可以使用專用清潔劑效果更佳）；依頻率更換防焊水洗槽；管控防焊前板面離子污染度（控制在<0.3ugNacl/Sqcm)；
- 確認(rèn)防焊曝光與烘烤條件；
ECM/SIR/CAF test coupon 設(shè)計(jì)方案
CAF structure design;
CAF stack-up design;
ECM/SIR test coupon:
- ECM/SIR一般會分印/不印防焊兩種test coupon進(jìn)行測試；
End
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