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電子行業的銀遷移現象

2023/06/03

在存在直流電壓梯度的潮濕環境中,水分子滲入含銀導體表面電解形成氫離子和氫氧根離子
 
H20→H++OH-
銀在電場及氫氧根離子的作用下,離解產生銀離子,并產生下列可逆反應:
在電場的作用下,銀離子從高電位向低電位遷移,并形成絮狀或枝蔓狀擴展,在高低電位相連的邊界上形成黑色氧化銀。通過著名的水滴試驗可以很清楚地觀察到銀遷移現象。水滴試驗十分簡單,在相距很近的含銀的導體間滴上水滴,同時加上直流偏置電壓就可以觀察到銀離子遷移現象。
銀離子的遷移會造成無電氣連接的導體間形成旁路,造成絕緣下降乃至短路。除導體組份中含銀外,導致銀遷移產生的因素還有:基板吸潮;相鄰近導體間存在直流電壓,導體間隔愈近,電壓愈高愈容易產生;偏置時間;環境濕度水平;存在離子或有沾污物吸附;表面涂覆物的特性等。
銀遷移造成旁路引起失效有以下特征:
在高濕存在偏壓的情況下產生;銀離子遷移發生后在導體間留下殘留物,在干燥后仍存在旁路電阻,但其伏-安特性是非線性的,同時具有不穩定和不可重復的特點。這與表面有導電離子沾污的情況相類似。
銀遷移是一個早已為業界所熟知的現象,是完全可預防的:在布局、布線設計時避免細間距相鄰導體間直流電位差過高;制造表面保護層避免水汽滲入含銀導體。對產品使用環境特別嚴酷的(如接近100%RH,85℃)可將整個電路板浸封或涂覆來進行保護。此外,焊接后清洗基板上助焊劑殘留物,亦可防止表面有導電離子沾污。
 
01 何謂銀遷移

銀遷移,即指:在高濕度、持續性電壓或具有吸水、吸附濕氣特性的絕緣體等條件下,銀從金屬氧化變成了銀離子,繼而在電場的作用下,銀離子從正極(ANODE)遷移到負極 (CATHODE),再沉積的這一過程。

02 銀遷移現象形成的機理過程

第1步.   金屬銀(Ag)因銀電極的電位差以及表面存在從周圍環境中吸附的水而發生電離;
Ag→Ag+   H2O→H++OH-

第2步.   銀離子(Ag+ )和氫氧根離子(OH- )在陽極端(ANODE)生成氫氧化銀(AgOH)析出;
Ag++ OH-→AgOH

第3步.   氫氧化銀(AgOH)分解在陽極端形成氧化銀(Ag2O)并成膠體狀分散;
2AgOH?Ag2O+ H2O

第4步.   生成的氧化銀(Ag2O)和水(H2O)經反應形成的銀離子向陰極(CATHODE)移動析出形成樹枝狀;
Ag2O+ H2O?2AgOH?2Ag++2OH-

經過上述四個步驟,銀即完成了從陽極向陰極的移動過程。

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