Climatic Reliability of Electronics: Early Prediction and Control of Contamination and humidity effects

摘要

Dette ph.d.-projekt er motiveret af behovet for en dybere forståelse for effekten af fugt og kontaminering på korrosion og den overordnede pålidelighed af elektronik. Forskningen har i betydelig grad været drevet af de klimatiske pålideligheds spørgsmål, elektroniske virksomheder i øjeblikket står over for. I dag er tilgængelig viden på området begrænset. Arbejdet i denne afhandling fokuserer på synergieffekter mellem procesrelateret forurening, fugtighed, elektrisk spænding og printdesign ved hjælp af både nye samt standardiserede testmetoder. Fokus er også på udvikling af metoder til forudsigelse af korrosion i elektronik med det formål at påvise, hvor de korrosionsfølsomme områder findessamt at simulere de mulige effekter af høj luftfugtighed under brug af elektriske krebsløb, eksempelvis hvordan der kan dannes lækstrømme på grund af en dannet vandfilm på overfladen af et printkort. Kapitlerne 2-5 giver et overblik over hvilke faktorer, der påvirker den klimatiske pålidelighed af elektronik såsom vekselvirkningen mellem fugtighed på printkortet og kontaminering af overfladen, almindelige typer og kilder til kontaminering, testmetoder og teknikker samt fejlmekanismer relateret til fugt og kontaminering. Kapitel 6 opsummerer anvendte eksperimentelle metoder. Resultater af undersøgelserne i denne afhandling præsenteres som individuelle artikler, publiceret eller i udkast til offentliggørelse i internationale tidsskrifter. Kapitel 7 indeholder en kort oversigt over vedhæftede artikler med vigtige resultater og diskussion. Resultaterne er sammenfattet i 8 artikler præsenteret i kapitel 8-15. Artiklerne 1-3 undersøger samspillet mellem kontaminering med natriumklorid, flusrester, svage organiske syrer og fugtighed, og disses indvirkning på lækstrøm, korrosion og elektrokemisk migration. Artikel 4 sammenligner de to typer af forurening; natriumklorid og flusrester i form af deres indvirkning på lækstrømme og risikoen for elektrokemisk migration, mens artikel 5 er fokuseret på elektrokemisk migration af tin under pulserende spænding. Artikel 6 indeholder en undersøgelse af korrosion af Au-Al sammenføjninger og Au-Al intermetalliske forbindelser udsat for iod-holdigt miljø. Artikel 7 præsenterer en nyskabende fremgangsmåde udviklet til at påvise tin korrosion på overfladen af et printkort. Artikel 8 fokuserer på at analysere mulighederne for forudsigelse af korrosion i et elektrisk kredsløb ved at kombinere den indsamlede empiriske information under antagelse af lækstrømsdannelse. Kapitel 16 giver en samlet diskussion, konklusion og forslag til fremtidigt arbejde. Samlet set påviste undersøgelserne betydningen af fugt og opløselighed af kontaminering ved bestemmelse af lækstrømme og elektrokemisk migration. Dette hænger sammen med vandfilmens lagtykkelse. For tynde vandlag er koncentrationen af ioner, elektrisk spænding og lokal pH væsentlige faktorer, der påvirker dannelsen af tin dendritter. Undersøgelse af elektrokemisk migration under pulserende spænding har vist, at en reducering af tidsintervallerne med påtrykt spænding forlænger den samlede tid, før der opstår migration. Ved kortere tid med påtrykt spænding er udfældning af tin hydroxider mere favorabel og færre metalioner reduceres ved katoden. Undersøgelse af Au-Al sammenføjninger eksponeret for jodholdigt miljø på gasform har vist, at aluminium-metallisering og intermetalliske faser rige på aluminium er mest modtagelige for korrosion. Nedbrydningsmekanismen involverer oxidation af aluminium ved dannelse af aluminium-jodid forbindelser og derpå følgende dannelse af aluminium oxider og/eller hydroxider. En metode er udviklet til profilering af tin korrosion ved hjælp af en tin-ion-indikator gel, der giver en klar indikation af tin korrosion, og dermed er et værdifuldt værktøj til forudsigelse af korrosion eller fejlanalyse af elektronik.