電子行業(yè)的銀遷移現(xiàn)象

2023/06/03

在存在直流電壓梯度的潮濕環(huán)境中，水分子滲入含銀導(dǎo)體表面電解形成氫離子和氫氧根離子
 
H20→H++OH-
銀在電場(chǎng)及氫氧根離子的作用下，離解產(chǎn)生銀離子，并產(chǎn)生下列可逆反應(yīng)：
在電場(chǎng)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(kuò)展，在高低電位相連的邊界上形成黑色氧化銀。通過(guò)著名的水滴試驗(yàn)可以很清楚地觀察到銀遷移現(xiàn)象。水滴試驗(yàn)十分簡(jiǎn)單，在相距很近的含銀的導(dǎo)體間滴上水滴，同時(shí)加上直流偏置電壓就可以觀察到銀離子遷移現(xiàn)象。
銀離子的遷移會(huì)造成無(wú)電氣連接的導(dǎo)體間形成旁路，造成絕緣下降乃至短路。除導(dǎo)體組份中含銀外，導(dǎo)致銀遷移產(chǎn)生的因素還有：基板吸潮；相鄰近導(dǎo)體間存在直流電壓，導(dǎo)體間隔愈近，電壓愈高愈容易產(chǎn)生；偏置時(shí)間；環(huán)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(chǎn)生；銀離子遷移發(fā)生后在導(dǎo)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(xiàn)性的，同時(shí)具有不穩(wěn)定和不可重復(fù)的特點(diǎn)。這與表面有導(dǎo)電離子沾污的情況相類(lèi)似。
銀遷移是一個(gè)早已為業(yè)界所熟知的現(xiàn)象，是完全可預(yù)防的：在布局、布線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)避免細(xì)間距相鄰導(dǎo)體間直流電位差過(guò)高；制造表面保護(hù)層避免水汽滲入含銀導(dǎo)體。對(duì)產(chǎn)品使用環(huán)境特別嚴(yán)酷的(如接近100%RH，85℃)可將整個(gè)電路板浸封或涂覆來(lái)進(jìn)行保護(hù)。此外，焊接后清洗基板上助焊劑殘留物，亦可防止表面有導(dǎo)電離子沾污。
 
01 何謂銀遷移

銀遷移，即指：在高濕度、持續(xù)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(chǎng)的作用下，銀離子從正極（ANODE）遷移到負(fù)極 （CATHODE），再沉積的這一過(guò)程。

02 銀遷移現(xiàn)象形成的機(jī)理過(guò)程

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

第2步.   銀離子（Ag+ ）和氫氧根離子（OH- ）在陽(yáng)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(yáng)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(jīng)反應(yīng)形成的銀離子向陰極（CATHODE）移動(dòng)析出形成樹(shù)枝狀；
Ag2O+ H2O?2AgOH?2Ag++2OH-

經(jīng)過(guò)上述四個(gè)步驟，銀即完成了從陽(yáng)極向陰極的移動(dòng)過(guò)程。