无铅焊料的离子迁移发生要因—金属组织及溶解反应的研究

离子迁移现象起因于一种与溶液和电位等相关的电化学现象，可分为阳极反应（金属溶解过程）、金属离子的移动过程、阴极反应（金属或金属氧化物析出过程）。特别是在金属溶解过程中，在焊料等金属中加入其他成分金属所组成的合金材料由于两种金属表面结构状态，导致钝态膜的形成位置以及电极电位的溶解特性不同。最近通过从无铅焊料的表面结构状态，自然电极电位及金属溶解特性角度引发离子迁移要因的研究表明Sn-3.5Ag、Sn-0.8Cu、Sn-58Bi焊料与锡的溶解特性有关，Sn-9Zn则与锡及锌的溶解特性有关。

离子迁移发生机理和阳极反应
印刷电路板等电极间由于吸湿和结露等作用吸附水分后加入电场时，金属离子从一个金属电极向另一金属电极移动、析出金属或化合物的现象称为离子迁移。
离子迁移根据其发生形态和发生状况被分成枝晶生长（Dendrite）和导电阳极细丝（CAF）两大类。所谓的枝晶就是根据印刷电路板的绝缘表面析出的金属或者其氧化物呈树枝状而命名的。CAF则是根据沿着印刷电路板的绝缘基板内部的玻璃纤维所析出的金属或其氧化物呈纤维状延伸状态而命名的。
离子迁移发生过程可分为①阳极反应（金属溶解）；②阴极反应（金属或金属氧化物析出）；③电极间发生的反应（金属氧化物析出）。

无铅焊接与离子迁移的必要性
目前，无铅焊料实用化在全球范围内得到广泛的进展，影响绝缘可靠性的离子迁移需要进行认真的评估。目前，虽然一般认为无铅焊料没有离子迁移问题，由于银（Ag）和铜（Cu）都比较容易产生离子迁移，因此有必要对其进行有效的评估验证。
电子材料的离子迁移是由与溶液和电位有关的电化学现象所引起的，与从金属溶解反应、扩散和电泳中产生的金属离子移动反应及析出反应有关。特别是在高密度实装的电子设备中，材料及周围环境相互影响导致离子迁移发生，引起电特性的变化成为故障的原因。
如果从材料角度来分析离子迁移，如焊锡那样的金属中添加其他成分后形成合金材料，这时不同金属的金属间化合物的形成位置、稳定性以及电极电位等多种因素相互影响，产生的原因更加复杂。

研究主要结论如下：
1.由离子迁移发生速度较快的银（Ag）及铜（Cu）生成稳定化合物（Ag3Sn，CuxSnx），Sn-3.5Ag和Sn-0.8Cu的耐迁移特性与锡（Sn）的溶解特性相关。
2.有关Sn-9Zn，虽然贱金属Zn成分能溶解到Sn，但因形成了Sn及Zn的钝态膜，起到防止Zn溶解的目的，所以可以认为相对抑制离子迁移的发生。
3.与Pb相比较，Sn因为形成了稳定的钝态膜，与过去的锡铅焊料比较，无铅焊料的耐离子迁移性高。但是，Sn的钝态膜受环境条件的影响，其稳定性也有丧失的可能。

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