1、Ag离子迁移现象的发现

      （1）Ag离子的迁移现象是1954年由美国贝尔研究所的D.E.YOST把它作为PCB的一个问题提出来的。在该报告中介绍了在电话交换机或电子计算机等所使用的端子上的Ag，在绝缘板上溶解析出，由离子电导使绝缘遭到破坏的案例。

      在PCBA上应用Ag的场合如下：

      ①PCB上的印制导线及图形采用电镀或还原镀工艺涂敷的Ag层；

      ②引线和端子采用Ag镀层的元器件；

      ③为改善PCB导体的外观、可焊性和导电性等为目的的Ag镀层；

      ④含Ag的钎料。

      特别是在场合③的情况下，Ag不只是覆盖在导体的表面，而且在导体的侧壁也有附着。而这在PCB上留下了日后Ag迁移的危险隐患。

      （2）离子迁移发生过程可分为：

      阳极反应（金属溶解）；

      阴极反应（金属或金属氧化物析出）；

      电极间发生的反应（金属氧化物析出）。

      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。

      特别是在高密度组装的电子设备中，材料及周围环境相互影响导致离子迁移发生而引起电特性的变化，已成为故障的重要原因。金属离子的迁移现象，最典型的是Ag离子的迁移。

2、Ag离子的迁移机理

（1）Ag离子迁移发生的条件

      在PCB上含Ag的电极间由于吸湿和结露等作用吸附水分后再加入电场时，金属Ag从一个电极向另一个电极移动，析出Ag或化合物的现象称为Ag离子迁移。

      显然Ag离子迁移发生的前提是：

      ①必须在两电极间的绝缘物表面或内部存在着导电性或导电的湿气薄膜；

      ②在两电极间施加了直流电压。

（2）Ag离子迁移发生机理和阳极反应

      Ag离子的迁移是电化腐蚀的特殊现象。它的发生机理是当在绝缘基板上的Ag电极（镀Ag引脚或镀Ag的PCB布线）间加上直流电压时，当绝缘板吸附了水分或含有卤素元素等时，阳极被电离，如图1所示。

图1Ag离子迁移机理

      水（H2O）在电场作用下被电离：

      H2O⇄OH-+H+

      H+移向阴极从阴极上获得电子变氢气（H2）向空间逸放掉，而OH-则返向移向阳极，把阳极银溶解形成氢氧化银，其化学反应式：

      Ag⇄Ag++e（氧化反应）

      Ag++OH-⇄AgOH（还原反应）

      由电化学反应生成的AgOH是不稳定的，很容易和空气中的氧或合成树脂中的基团反应，在阳极侧生成氧化银。

      2AgOH⇄Ag2O+H2O

      假如阳极侧不断地被溶蚀，氧化银不断地成长，直到抵达阴极时，便从阴极侧被还原而析出Ag，其反应如下：

      Ag2O+H2O⇄2AgOH⇄2Ag++2OH-

      由于上述反应是不断循环的，故Ag2O不断地从阳极向阴极方向成树枝状生长，Ag2O在阴极不断地被还原而析出Ag。

      Ag的迁移现象不仅沿着绝缘基板的表面发生，而且也会沿着基板的厚度方向发生，如图2所示。

图2 Ag离子沿厚度方向迁移

图3 Ag离子沿表面及厚度方向的迁移现象

（3）影响因素

      ①Ag离子的迁移状态随有机绝缘板上的分解物的种类，施加的直流电压的大小、水的纯度、处理的温度、湿度等的不同而不同。

      ②迁移现象的发生，还受电极间存在的一些特定离子的影响，如存在Cl-、Br-、I-、F-等卤素离子时，迁移现象的发生将变得更容易。作为洗净剂的有机化合物也能促进迁移现象的发生，如图4所示。

图4 迁移还受电极间存在的一些特定离子的影响

      ③如果从材料角度来分析离子迁移，如钎料那样在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、稳定性及电极电位等多种因素相互影响，产生的原因更加复杂。

      ④由离子迁移发生速度较快的Ag及Cu生成稳定化合物（Ag3Sn、CuxSnx），无铅钎料合金Sn3.5Ag和Sn0.8Cu的耐迁移特性与Sn的溶解特性相关。与SnPb钎料合金比较，在高Sn的无铅钎料中，因为Sn形成了稳定的钝态膜，故无铅钎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。

3、Ag迁移现象对可靠性的危害

（1）是设备工作失常的潜在隐患

      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等有关。特别是在高密度组装的电子设备中，材料及周围环境相互影响导致离子迁移发生，引起电特性的变化而成为故障的原因。

（2）绝缘电阻劣化

      Ag离子迁移对PCB绝缘性能的危害。日本学者纲岛通过在酚醛纸积层PCB上的Ag电极上施加250V直流电压，在40℃、90%RH的环境放置24h，测试得到绝缘电阻的劣化情况，如图5所示。

图5 Ag导体的迁移和绝缘电阻

（3）是引发灾难性事件的潜在因素

      随着Ag迁移过程的发展，黑褐色的 Ag2O不断朝向阴极侧生长，而在阴极侧不断被还原出来的Ag反过来自阴极向阳极生长发展，如图6所示。

图6 Ag从阴极向阳极方向成树枝状生长

      由阳极向阴极生长的Ag2O和由阴极还原向阳极迁移生长的Ag，当它们未接触之前，电路工作尚能维持很好的稳定状态。

      然而，树枝状Ag2O和还原Ag的枝晶不断生长，它们之间一旦相接触，便会在该处产生瞬间的局部过电流（短路电流）而将其熔断，于是绝缘电阻又恢复到发生短路前的状态。就这样Ag的还原生长与短路熔断反复进行，便导致对应的绝缘板面局部炭化，而使其处于持续的电短路状态，造成永久性破坏甚至使基材燃烧起来。