电化学迁移(ECM:Electrochemical Migration)是电路短路失效的重要原因之一,它与工作电压、工作环境、设备尺寸紧密相关。现代电路板所使用的材料更加复杂、元器件引脚数量更加巨大、多层板间距更小,这些特点和发展趋势都加剧了电化学迁移的失效风险,因此电化学迁移成为了电子封装可靠性中无法避开的失效威胁。其现象和机理的研究能在企业进行电路设计、制造和材料选用等方面起到非常有价值的指导作用。论文对电子产品中常用的四类表面处理和三种基板材料的实验样品进行了电化学迁移实验和机理的研究。实验中选择了水滴实验作为电化学迁移的主要研究方案,通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等设备对实验后的样品进行了晶枝结构的观察和元素分析。不同表面处理的BT基板的实验结果表明,表面有机保焊膜(OSP)、浸锡、电镀银的电化学迁移实验现象和机理相似:金属晶枝从负极开始朝着正极生长,直到样品失效,晶枝结构整体近似分形结构,晶枝超微小结构呈簇团状和树枝状。实验中的晶枝主要元素构成分别为铜元素,锡元素和银元素。而化学镀金的电化学迁移现象和机理与其他三组表面处理有很大差别,灰绿色的晶枝状沉淀出现在正极边缘并大量堆积。元素分析结果表明该晶枝沉淀主要是镍的氧化物和氢氧化物的混合物,并在实验区域表面均匀分布,实验还发现在部分样品中可以找到呈簇团状的铜晶枝结构。化学镀金电化学迁移抵抗力最强的重要原因可能是晶枝的堆积可抑制电路中的电流增加。不同基板对同一个表面处理实验结果表明,不同的基板对相同表面处理的电化学迁移现象影响不大,但对实验的样品失效时间有较大影响。对各组实验中的失效时间进行统计分析后,确定了电化学迁移抵抗力的排序。不同表面处理(在相同基板上)对电化学迁移的抵抗力由弱到强顺序依次为:电镀银、OSP、浸锡、化学镀金;不同基板材料(不包括化学镀金表面处理)对电化学迁移的抵抗力由弱到强顺序依次为:FR-4、陶瓷、BT树脂;而化学镀金表面处理下的各个基板材料的对电化学迁移的抵抗力由弱到强依次为:陶瓷、FR-4、BT树脂。通过电化学迁移的机理分析,实验中的电化学迁移现象可以归纳为两种模型。一种是经典的电化学迁移模型,适用于表面有机保焊膜(OSP)、浸锡和电镀银的PCB板。另一种是阳极晶枝生长模型,适用于化学镀金的PCB板。两种模型都能很好地对实验中相应的实验现象做出解释。