離子遷移，一種產(chǎn)生離子質(zhì)譜信息的方法。

定義

所謂離子遷移是指電路板上的金屬如銅、銀、錫等在一定條件下發(fā)生離子化并在電場作用下通過絕緣層向另一極遷移而導(dǎo)致絕緣性能下降。

離子遷移率離子在單位強(qiáng)度（

）電場作用下的移動(dòng)速度稱之為離子遷移率，它是分辨被測離子直徑大小的一個(gè)重要參數(shù)?？諝怆x子直徑越小，其遷移速度就越快。離子遷移率是表達(dá)被測離子大小的重要參數(shù)。離子運(yùn)動(dòng)速度與離子直徑成反比，而離子遷移率與離子運(yùn)動(dòng)速度成正比，故離子遷移率與離子直徑成負(fù)比。研究歷史發(fā)展　　由于早期的線路板線間距比較寬，發(fā)生這種故障的幾率很小，并且只有在高溫潮濕的條件下才有發(fā)生的可能，因此這一現(xiàn)象沒有引起重視。最早對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行研究的是美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的 kohman 等人，他們發(fā)現(xiàn)在電話交換機(jī)的連接件中，有些鍍?cè)阢~接線柱上的銀在酚醛樹脂基板內(nèi)有檢出，他們證實(shí)是銀離子的遷移。這種現(xiàn)象有時(shí)會(huì)引起基板的絕緣性能下降。其發(fā)生的原因可能是在直流電壓下受潮的鍍層發(fā)生離子化而引起的。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，除了銀外，鋁、錫都有類似現(xiàn)象。但是很長一個(gè)時(shí)期幾乎沒有人關(guān)注這方面的研究。直到二十世紀(jì)七十年代，有關(guān)這方面的研究又開始引起人們的注意。這時(shí)以陶瓷為基板的高密度印刷線路板和覆銅線路板開始向小型化方向發(fā)展，使對(duì)基板材質(zhì)的研究有所發(fā)展，使得又有人開始注意到離子遷移對(duì)基板絕緣性能的影響。這些研究大多數(shù)還只是局限在西方，并且論著并不多見。到了二十世紀(jì)八十年代特別是九十年代以來，日本也開始關(guān)注這一課題，關(guān)于這方面的研究報(bào)告也多起來。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這些研究的重現(xiàn)性欠佳，所得的結(jié)論也有所差異。產(chǎn)生原因　　產(chǎn)生離子遷移的原因，是當(dāng)絕緣體兩端的金屬之間有直流電場時(shí)，這兩邊的金屬就成為兩個(gè)電極，其中作為陽極的一方發(fā)生離子化并在電場作用下通過絕緣體向另一邊的金屬（陰極）遷移。從而使絕緣體處于離子導(dǎo)電狀態(tài)。顯然，這將使絕緣體的絕緣性能下降甚至成為導(dǎo)體而造成短路故障。影響因素　　發(fā)生這一現(xiàn)象的條件是在潮濕環(huán)境下，絕緣體表面或內(nèi)部有形成電解質(zhì)物質(zhì)的潛在因素。包括絕緣體本身的種類，構(gòu)成，添加物，纖維性能，樹脂性能等。

從基板的構(gòu)成因素來看，分為三個(gè)方面：

一是樹脂方面，樹脂的組成，官能團(tuán)，固化程度，離子濃度（雜質(zhì)、水解性能等），吸濕性；二是纖維方面：玻璃纖維的密度，有機(jī)纖維的吸潮性；三是加工條件方面：通孔的條件（有無電鍍液殘留），層積條件（樹脂間粘合性），加工工藝殘留物（粗化、電鍍等的殘液）。

從線路板表面的誘因來看，

因素就更多一些，除基板因素外，還有基板上所安裝的元件和金屬構(gòu)件在電鍍孔隙中留下的未能洗凈的電解質(zhì)，焊料，膠類，易發(fā)生電解的物質(zhì)，灰塵等離子污染，結(jié)露等。

從更深入的研究來看，

線路和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也與是否發(fā)生離子遷移故障有關(guān)連。因?yàn)榫€路板上的電場分布和易氧化金屬材料所帶的電的極性，是與線路和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有關(guān)的。其中線路間距和線路間所存在的直流電場與發(fā)生離子遷移有直接的關(guān)系，當(dāng)兩相鄰近的線路間有直流電場存在，包括同相電流間的電位差的存在，在潮濕條件下，極易發(fā)生處于陽極狀態(tài)的金屬的離子化并向相對(duì)的陰極遷移。這同時(shí)與安裝在線路中的元件和器件所用的金屬材料的物理性能也有關(guān)系。比如金屬的離子化能、離子的水解性以及離子的遷移度等，都對(duì)離子遷移的發(fā)生有很大影響。

從

PCB

所使用的環(huán)境方面的因素來看，

潮濕和高溫是引發(fā)離子遷移故障的重要誘因。這些因素對(duì)PCB絕緣壽命的影響可用下列關(guān)系式表達(dá)： 　　

或者

　　式中 MTF 和 ts 都是絕緣性能下降到某一程度的時(shí)間（壽命）， D 是絕緣間隙， V 是兩導(dǎo)體間的電壓， H 是相對(duì)濕度， E 是絕緣間隙間的電場，

都是常數(shù)和系數(shù)。使用這種評(píng)價(jià)方法只能間接反映離子遷移的影響，但無論怎么說，用絕緣電阻的變化來評(píng)價(jià)離子遷移的影響仍然是簡便實(shí)用的方法。研究方法　　為了研究產(chǎn)生離子遷移故障的機(jī)理，在實(shí)驗(yàn)中要模擬離子的遷移過程。通常采用的方法有兩種，一種是蒸氣試驗(yàn)法。這是將被測試片放入盛有過飽和鹽溶液的容器內(nèi)，以高濕度和一定溫度下使試片發(fā)生離子遷移現(xiàn)象，然后通過與試片聯(lián)接的超絕緣電阻器對(duì)試片的絕緣性能的變化進(jìn)行測量。另一種方法是水溶液試驗(yàn)方法，所用試片是金屬電極，比如銀電極。將兩個(gè)電極放在玻璃板上，再在上面壓一層透明有機(jī)玻璃板，兩個(gè)電極分別與電源的正副極相聯(lián)，在電極間滴入去離子水，模擬結(jié)露狀態(tài)再用相機(jī)拍下在電場作用下不同時(shí)間、不同條件下的電遷移情形。用這種方法可以直觀地觀測到離子遷移的物理形態(tài)，可以測到不同時(shí)間下絕緣電阻的變化，直到兩電極間最終形成短路。故障的影響及對(duì)策　　離子遷移所造成的故障主要是使印刷PCB的電絕緣性能下降，嚴(yán)重的則是引起線路間的短路，以致于發(fā)生燒毀電器甚至于引起火災(zāi)。這種故障在線間距離趨小的情況下有增長的可能，因而引起關(guān)注。日本在 1995-1998 年 4 年期間家電所發(fā)生的設(shè)計(jì)和制造方面的故障有 284 起 , 其中因PCB發(fā)熱起火的有8起 , 這8次起火事故中有4起是離子遷移引起的。另外，由于起火事故往往破壞了PCB的原始狀態(tài)，所以有的即便是離子遷移故障也無法加以確定。防止發(fā)生離子遷移故障的一個(gè)重要措施當(dāng)然是要保持使用環(huán)境的干燥，但是PCB制作工藝也十分重要?，F(xiàn)在都已經(jīng)很少用到紙質(zhì)的樹脂板，并且非常重視防止化學(xué)污染。在所用的電子化學(xué)品中，最容易被忽視的是焊劑，現(xiàn)在所用的焊劑一般由天然或合成樹脂、有機(jī)胺酸或有機(jī)磺酸及其鹽、有機(jī)溶劑等組成。這些有機(jī)物特別是有機(jī)酸殘留在PCB上，在潮濕條件下會(huì)成為電解質(zhì)而引發(fā)電遷移。因此，選擇和使用合適的焊劑是十分重要的。應(yīng)選用疏水性強(qiáng)的有機(jī)酸和不含鹵素離子的鹽類做活性劑，并要避免其在PCB上的殘留。尤其在采用無清洗工藝的時(shí)候，這是更為重要的提示。離子質(zhì)譜方法　　一種產(chǎn)生離子質(zhì)譜信息的方法，包括下列步驟：產(chǎn)生氣態(tài)離子團(tuán)；沿第一軸及時(shí)分離氣態(tài)離子團(tuán)，形成多個(gè)離子組，各離子組具有與其相關(guān)的單一離子遷移率；沿垂直于第一軸的第二軸順序地及時(shí)分離至少一些離子組，形成多個(gè)離子小組，各離子小組具有與其相關(guān)的單一離子質(zhì)量；和處理至少一些離子小組，由此確定質(zhì)量的特定信息。