Tab.1 The relationship between coverage density of quartz particles and dust accumulation time
序号尘土覆盖密度/(mg/cm2)对应室内积尘时间/月 100 21006 31509 420012 530018 635021 740024 855033 965039
摘要 高密度电封装在一定温湿环境和电位差作用下，相邻线路、焊点之间易发生电化学迁移导致绝缘失效。在尘土污染严重的情况下，电子设备内部的尘土颗粒沉积改变了电路板表面临界湿度，从而改变电化学迁移的失效机理和时间。该文采用温湿偏置实验研究13～18mm粒径的尘土颗粒覆盖密度与环境温度、湿度、电场强度交互作用下对电路板电化学迁移失效时间的影响，发现颗粒覆盖密度造成的电化学迁移失效时间呈非单调变化。颗粒覆盖密度低于350mg/cm2时，失效时间与颗粒覆盖密度呈负指数函数；高于350mg/cm2时，呈正指数函数。从颗粒吸附水分与改变晶枝生长路径两方面分析了颗粒分布在高、低密度区对电化学迁移失效的作用机理，为建立尘土污染环境下高密度电路板的可靠性检测方法奠定了基础。
关键词：电化学迁移 温湿偏置实验 尘土覆盖密度 电路板
电化学迁移是一种电化学现象[1]。高密度电路板封装中，在一定的温湿度条件下绝缘材料表面凝聚了水膜，线路或焊点的阳极金属被水解形成金属离子，在电场力的作用下，通过迁移到阴极，并被还原逐渐形成树枝状金属沉积物，被称为“晶枝”，其从阴极向阳极生长，导致相邻两极间的表面绝缘电阻（Surface Insulation Resistance, SIR）显著降低的失效现象称为电化学迁移。
影响电化学迁移的最主要因素为温度、相对湿度、偏置电压、线间距、电极材料等[2-5]。G. DiGiacomo研究得到高密度印制电路板表面电化学迁移失效时间与温度服从Arrhenius方程，而与电场强度、相对湿度呈负指数函数的经验公式[6]。杨双、A. Christou研究浸银电路板表面电化学迁移失效时间与温度、相对湿度和电压的关系，并进行失效物理建模[2]。导线间距的减小增加了电场强度，会加速电化学迁移的发生[3-4]。R. Ambat等发现电路板表面存留助焊剂时会阻碍电化学迁移反应，而尘土会对电化学迁移起促进作用，但没有对其反应机理进行说明[7]。
我国空气污染严重，尘土颗粒可随空气流动进入电子设备内部，靠重力和静电力附着在电路板及电子元器件表面引发各种电接触故障[8]，而电子器件的故障会进一步影响整个系统的可靠性[9]。尘土从组成上可分为可溶性盐和不可溶性颗粒[10]。可溶性盐的溶解度越大，导致覆盖的电路板临界湿度越低，更易引起绝缘电阻下降[11]，加快电化学迁移失效。实验证明，随着盐溶液中离子浓度的升高，电路板失效机理由电化学迁移转变为离子性导电[12]。电路板表面的尘土不可溶颗粒在毛细管作用力下吸附水分，并减慢水分的脱附作用，其中片状云母颗粒在高温阶段的保湿作用强于颗粒状SiO2，在降湿阶段延缓水分脱附更显著[11]。尘土对电路板的覆盖，还会升高局部温度，加速电化学迁移失效[13]。尘土颗粒的介电特性导致导线间电场分布不均匀，从而改变阳极金属离子迁移后形成晶枝的生长路径，延缓了失效[14]。尘土污染还会引起电路板表面温升，从而加剧电化学迁移[13]。综上可知，尘土会影响电路板表面湿度、温度和电场分布，进而改变电化学迁移机理和失效时间。
北京室内自然积尘实验表明，尘土沉积面密度基本呈线性增长，30天能达到170mg/cm2[13]。成分检测发现，北京室内自然积尘中无机物占70%，其余为有机物和炭黑。无机物中可溶性盐约为4%，其余为不可溶颗粒[15]。因此，本文将尘土中不溶性颗粒作为主要环境污染物质，以积尘的颗粒覆盖密度作为影响因素，研究其与温度、相对湿度和偏置电压交互作用下的电路板电化学迁移的失效特征、失效机理和失效时间，为建立尘土污染环境对电路板可靠性影响的检测方法奠定基础。
选取尘土不溶物中主要代表成分颗粒，采用标准电路板进行颗粒扬撒，而后进行温度、湿度、偏置电压（温湿偏置）加速实验，激发电路板电化学迁移失效。通过表面绝缘电阻的在线监测和电化学迁移产物形貌观察的方法研究尘土颗粒覆盖密度对电路板电化学迁移失效的作用机理及对失效时间的影响。
1.2.1 颗粒的选取
尘土颗粒物中无机物主要包含石英、长石、云母、方解石等[15]。由于石英含量相对较多，且积尘实验发现室内尘土颗粒主要集中在15～20µm之间，因此选取石英作为尘土颗粒物中不可溶部分的代表物质，使用800目筛网筛取石英颗粒，经统计尺寸为13～18µm的颗粒约占(94±1)%。
根据国外研究，达到150mg/cm2的积尘覆盖密度大约相当于办公楼环境中9个月的积尘结果或室外环境中1个月的积尘结果[16]。另外，由于很多电子设备的平均寿命是按3年设计的[17]，因此本文实验采用的石英颗粒覆盖密度设置为100～650mg/cm2，按9个月150mg/cm2的积尘覆盖密度与积尘时间对应粗略估算见表1。
电路板表面积为38.1cm2，对应于100～650mg/cm2分布密度的扬尘量为3.81～24.77mg。石英颗粒在电路板表面的扬撒采用振动800目筛子的方法，筛子每3次振动量为(100±10)mg，用精度10mg的电子天平检测颗粒扬撒的累积重量，误差可控制在±2%。
表1 石英颗粒覆盖密度与积尘时间对应表
Tab.1 The relationship between coverage density of quartz particles and dust accumulation time
序号尘土覆盖密度/(mg/cm2)对应室内积尘时间/月 100 21006 31509 420012 530018 635021 740024 855033 965039
1.2.2 实验样品
实验样品为根据IPC-B-25A标准设计的浸银梳状FR-4电路板，平行导线间距0.32mm，表面镀银层厚度为0.15mm，基底金属为铜，厚度为50mm，如图1所示。
图1 梳状电路板样品
Fig.1 Comb circuit board sample
1.2.3 实验系统
采用多通路表面绝缘电阻测试系统研究颗粒覆盖电路板在温湿偏置环境下的表面绝缘电阻特性，如图2所示。该系统使用皮安计（Keithley 6487）可在线采集多个梳状电路板的表面绝缘电阻数据，测量周期为40s。
图2 多通路绝缘电阻测试系统框图
Fig.2 Block diagram of multi-channel insulation resistance test system
颗粒覆盖密度对电化学迁移失效的影响体现在电路板线间表面绝缘电阻的变化、电化学迁移晶枝的形貌以及失效时间的变化上。将石英颗粒扬撒在梳状电路板表面达到预定覆盖密度，然后把电路板放置在恒温恒湿（85℃、93%RH）、偏置电压12V的条件下。本实验在保持电路板绝缘失效机理不变的条件下，采用温湿偏置加速实验[18-20]，研究尘土不可溶颗粒对印制电路板电化学迁移失效的作用机理及特性。每个实验条件重复3次，并对这3个印制电路板表面的绝缘电阻失效时间数据进行威布尔分布拟合[21-23]，以特征寿命作为该实验条件下的失效时间数据并进行分析和对比，连接印制电路板的每条线路都接入保护电阻[24-25]防止电路板绝缘失效对电路造成损坏。
各种颗粒覆盖密度下电路板表面绝缘电阻随时间的变化曲线如图3所示。可见，电路板放置到一定高温高湿环境下，由于湿度增加，表面绝缘电阻都先降低两个数量级左右，然后保持稳定。之后大部分颗粒覆盖密度情况下电路板都陆续出现了表面绝缘电阻“间歇性失效”现象，即表面绝缘电阻陡降后马上回升至失效前的高阻值，经过一段时间后再次发生同样的现象。其原因是，由于电化学迁移形成了连通阴极和阳极的金属晶枝，造成短路和绝缘电阻值骤降，但是由于晶枝界面细小，电流通过时晶枝在极短时间内被烧断，表面绝缘电阻值回升至正常数值。
当颗粒覆盖密度在100～350mg/cm2区间内，表面绝缘电阻经过间歇性失效后都出现了降低至10MW 以下的稳定失效现象，即永久失效，绝缘电阻值不再回复高阻状态，如图3b～图3f所示。当颗粒覆盖密度继续增大，超过400mg/cm2时，电路板绝缘电阻永久失效消失，且间歇性失效的频率也随颗粒密度增大越来越低了，如图3g～图3i所示。
图3 不同颗粒覆盖密度下电路板表面绝缘电阻-时间曲线
Fig.3 Surface insulation resistance vs. time curves of circuit boards under different coverage density of particles
选取石英颗粒密度为100mg/cm2、350mg/cm2和550mg/cm2下电路板表面晶枝的形貌，如图4所示。由图4a可以观察到中间部分被烧断的纤细晶枝。该现象解释了图3b的间歇性失效的原因，这种现象也广泛存在于其他颗粒密度情况。
图4 不同颗粒密度下电路板表面晶枝形貌
Fig.4 Surface dendrite morphology of PCB under different coverage density of particles
由图4b观察到晶枝生长的数量很多，并且集中在一片区域内生长。不同于图4a和图4c的情况，图4b中晶枝的生长范围更大，排列更加密集，能够抵抗电流长时间产生的热量。该现象解释了图3f中永久性失效的原因。
图4c中随着电路板表面颗粒覆盖密度加大，石英颗粒连片聚集，对晶枝生长路径的干扰进一步加强，大大限制了晶枝的生长范围和形状，使之无法形成图4b的大范围密集的晶枝簇。随着颗粒密度的增大，松散的黑色晶枝对电流的传导能力越来越弱，对应图3h中间歇性失效现象，随着表面颗粒覆盖密度的增大，这种现象越来越明显，体现在图3g～图3i中的结果是高密度区间的间歇性失效频率逐渐降低。
为进一步研究颗粒对晶枝生长路径的阻碍程度，通过Image J图像处理软件对不同颗粒覆盖密度下颗粒实际分布面积占电极间绝缘区域（即晶枝形成的区域）的比例进行统计，如图5所示。可以发现，颗粒覆盖面积随覆盖密度的增加而呈近线性增大。达到最大值，即650mg/cm2时，晶枝在尚未形成时，能够生长的区域中已有近24%的面积被颗粒占据，这些颗粒会形成如图4c所示的片状或点状区域，不规则地阻碍了晶枝的正常形成与生长。
图5 颗粒覆盖面积占比随覆盖密度的变化曲线
Fig.5 Change curve of coverage area ratio of particles with various coverage density
以电路板表面绝缘电阻值首次降低到106W 以下作为电化学迁移失效的判定标准。每个实验条件下进行3次重复性实验，并对这3个数据进行威布尔分布拟合，以特征寿命作为该实验条件下的失效时间数据，失效时间与颗粒覆盖密度关系曲线如图6所示。由图6可以发现，电路板表面电化学迁移绝缘失效时间与颗粒覆盖密度呈先减小后增大的非线性关系。小于350mg/cm2时拟合曲线为y = 371.52e-0.005x，R2=0.850 6；大于350mg/cm2时为y = 2.297 6e0.0088x，R2=0.963 5。随颗粒覆盖密度增大存在失效时间的拐点，说明颗粒高、低覆盖密度区间里，电路板表面发生绝缘失效的机理会产生差异。
图6 85℃，93%RH，12V温湿偏置实验电路板首次绝缘失效时间随颗粒覆盖密度变化曲线
Fig.6 The curve of first insulation failure time of circuit board with various coverage density of particles in temperature humidity bias experiments with 85℃, 93% RH, 12V conditions
电路板电化学迁移失效是在一定的温湿度条件下，电路板表面吸附了水膜，处于高电位的线路或焊点的金属被水解形成金属离子进入水膜，在电场驱动下，通过绝缘材料表面水膜向阴极迁移，电子被还原成金属原子，后续迁移来的金属离子在已还原的金属原子上得电子继续还原，逐渐形成向阳极生长的树枝状金属沉积物，导致相邻两极间的表面绝缘电阻显著降低的现象。对于小于350mg/cm2的低密度区间和大于350mg/cm2的高密度区间，尘土不可溶性颗粒覆盖密度对电化学迁移失效的作用机理及作用特性不同。
尘土不可溶颗粒在电路板表面的沉积会通过毛细作用力在颗粒与电路板表面之间形成水分凝聚的弯月面，增加了表面水分的含量，为离子迁移提供了水溶液的通道，如图7所示。从这个角度说，颗粒沉积会促进电化学迁移的发生，缩短失效时间。
图7 低密度下颗粒在电路板表面吸附水分形成弯月面
Fig.7 Particles adsorb moisture on the surface of circuit board to form meniscus at low density
在颗粒覆盖密度为100～350mg/cm2区间内的温湿偏置实验中，颗粒密度增大、数量增多，靠毛细管作用颗粒与电路板交界处凝水量逐渐上升，为晶枝的生成提供了良好的环境，促进电化学迁移的发生。当晶枝生成数量或截面尺寸能够承受电流时，形成了不易被烧断的晶枝，造成了接通正负电极的永久失效，表面绝缘电阻值长期稳定在105W 量级左右，不再回升至正常高阻值，并且这种永久性失效随颗粒覆盖密度加大，呈现出逐渐加快发生的趋势，如图3b～图3f所示。且如图5所示，在0～350mg/cm2情况下不可溶颗粒实际面积占比为0～16.98%，尚未对晶枝的生长路径起到足够强的阻碍作用，因此，失效时间与颗粒覆盖密度呈负指数函数关系。
当颗粒覆盖密度在350～650mg/cm2区间内，随颗粒覆盖密度持续增大，容易聚集形成片状的不规则颗粒簇。这些颗粒簇反而阻碍了空气中的水分与电路板表面的接触，减少了离子迁移所必须的水溶液通路，这样就会延缓离子迁移速率，抑制了电化学迁移的发生，如图8所示。
图8 高密度下颗粒阻碍电路板表面水分吸附
Fig.8 Particles with high density coverage hinder the moisture absorption on the surface of circuit board
又由于颗粒覆盖面积的比例随着覆盖密度的增大而线性递增，如图5所示，当颗粒覆盖密度处于400～650mg/cm2时，两极之间约有17.52%～23.96%的面积分散着颗粒，需要晶枝在生长过程中规避。一方面导致接通两极的晶枝实际路径比最短路径（即沿垂直于两极方向）长，进而使得失效时间增大；另一方面颗粒干扰了晶枝的正常生长，不利于晶枝形成致密的树枝形状，而呈松散的形态，不利于抵抗电流的热效应，容易被烧断造成间歇性失效。并且随着覆盖密度的增大，电路板绝缘电阻永久失效消失，间歇性的失效频率也逐渐降低，如图3g～图3i所示。因此，失效时间与颗粒覆盖密度呈正指数函数。
可见，随着尘土中不溶性颗粒随覆盖密度的由低到高增加，吸附水分的能力先强后弱，物理阻挡越来越强，所以电路板电化学迁移失效寿命随颗粒覆盖密度呈非单调变化趋势。因此，在今后考虑建立尘土污染环境对高密度电路板的绝缘失效影响的可靠性检测方法时，应考虑尘土颗粒的分布密度的合理选取。
本文通过选取13～18mm粒径的SiO2颗粒作为尘土不溶性物质的代表，在标准梳状电路板上进行温湿偏置实验，研究尘土颗粒覆盖密度对电化学迁移失效的作用机理和作用特性。通过实验发现，以350mg/cm2为分界，颗粒覆盖低密度区和高密度区内失效时间呈现不同的变化规律。
在颗粒分布低密度区间（低于350mg/cm2时），颗粒在毛细管作用力下吸附水分，随颗粒覆盖密度增大，电路板表面水膜增加，促进了金属离子的电化学迁移，电路板表面绝缘电阻间歇失效频率增加，晶枝数量增加，生长范围增大，并出现永久性失效，失效时间与颗粒覆盖密度呈负指数函数。
在颗粒分布高密度区间（高于350mg/cm2时），更多的颗粒覆盖使得电路板表面吸附水分的区域减少，而且大量颗粒阻挡了晶枝的形成路径，且使晶枝结构疏松，永久性失效消失，间歇性失效减少，延缓了绝缘失效的发生，失效时间与颗粒覆盖密度呈正指数函数。
电路板电化学迁移失效时间随尘土覆盖密度增加呈现的这种非单调变化，体现出尘土颗粒对电化学迁移失效的双向作用。本研究为建立尘土污染环境下高密度电路板的可靠性检测方法奠定了基础。
参考文献
[1] Steppan J J, Roth J A, Hall L C, et al. A review of corrosion failure mechanisms during accelerated test[J]. Journal of the Electrochemical Society, 1987, 134(1): 175-90.
[2] Yang Shuang, Christou A. Failure model for silver electro- chemical migration[J]. IEEE Transactions on Device & Materials Reliability, 2007, 7(1): 188-196.
[3] Noh B I, Jung S B. Characteristics of environmental factor for electrochemical migration on printed circuit board[J]. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2008, 19(10): 952-956.
[4] He Xiaofei, Azarian M H, Pecht M G. Evaluation of electrochemical migration on printed circuit boards with lead-free and tin-lead solder[J]. Journal of Electronic Materials, 2011, 40(9): 1921-1936.
[5] Zhan Sheng, Azarian M H, Pecht M. Reliability of printed circuit boards processed in temperature- humidity-bias conditions[J]. IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, 2008, 8(2): 426-434.
[6] DiGiacomo G. Metal migration (Ag, Cu, Pb) in encap- sulated modules and time-to-fail model as a function of the environment and package properties[C]//20th International Reliability Physics Symposium, San Diego, USA, 1982: 27-33.
[7] Ambat R, Jellesen M S, Minzari D, et al. Solder flux residues and electrochemical migration failures of electronic devices[C]//Eurocorr Proceedings, Nice, 2009: 345-354.
[8] 周怡琳. 手机中电触点的失效分析[J]. 北京邮电大学学报, 2006, 29(1): 69-72.
Zhou Yilin. Analysis on the electric contacts failure in mobile phones[J]. Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications, 2006, 29(1): 69-72.
[9] 刘爽, 牟龙华, 许旭锋, 等. 电力电子器件故障对微电网运行可靠性的影响[J]. 电力系统保护与控制, 2017, 45(24): 63-70.
Liu Shuang, Mu Longhua, Xu Xufeng, et al. Research on power electronic devices failures' effect on microgrid operational reliability[J]. Power System Protection and Control, 2017, 45(24): 63-70.
[10] Zhang Jigao, Liang Yanan, Wan Jiangwen, et al. Analysis of organic compounds in airborne dust collected in Beijing[C]//44th IEEE Holm Conference on Electric Contacts, Arlington, USA, 1998: 166-171.
[11] 周怡琳, 韦霞霞. 尘土污染对电路板表面湿度的影响[J]. 电工技术学报, 2015, 30(23): 163-168.
Zhou Yilin, Wei Xiaxia. Effects of dust contamin- ation on surface relative humidity of printed circuit board[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(23): 163-168.
[12] 周怡琳, 兰福东. 尘土中可溶性盐对电路板绝缘失效的影响[J]. 电工技术学报, 2016, 31(11): 114-119.
Zhou Yilin, Lan Fudong. The effects of soluble salts in dust on insulation failure of printed circuit boards[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2016, 31(11): 114-119.
[13] Zhou Yilin, Xie Qi. Effect of dust pollution on temperature characteristics of electrochemical migr- ation[C]//2017 Prognostics and System Health Management Conference, Harbin, China, 2017: 9-12.
[14] 周怡琳, 朱蒙, 霍雨佳. 尘土颗粒的介电特性对电路板电化学迁移的影响[J]. 电子学报, 2017, 45(7): 1758-1763.
Zhou Yilin, Zhu Meng, Huo Yujia. The influence of the dielectric properties of dust particles on electro- chemical migration of printed circuit board[J]. Acta Electronica Sinica, 2017, 45(7): 1758-1763.
[15] Liang Yanan, Zhang Jigao, Liu Jiejing. Identification of inorganic compounds in dust collected in Beijing and their effects on electric contacts[C]//43rd IEEE Holm Conference on Electric Contacts, Philadelphia, USA, 1997: 315-327.
[16] Song Bo, Azarian M H, Pecht M G. Effect of temper- ature and relative humidity on the impedance degrad- ation of dust-contaminated electronics[J]. Journal of the Electrochemical Society, 2013, 160(3): C97-C105.
[17] 《中华人民共和国企业所得税法实施条例》第六十条, 中华人民共和国国家税务总局[DB/OL]. http://www.
chinatax.gov.cn/n810341/n810765/n812176/n812748/ c1193046/content.html.
[18] 贺春, 陈光华, 王朋飞, 等. 高加速寿命试验在就地化保护装置可靠性研究中的应用[J]. 电力系统保护与控制, 2018, 46(20): 181-186.
He Chun, Chen Guanghua, Wang Pengfei, et al. Application of highly accelerated life test in reliabi- lity study of outdoor installation protection deveice[J]. Power System Protection and Control, 2018, 46(20): 181-186.
[19] 王磊, 李兵, 董超跃, 等. 城轨牵引变流器功率开关器件的双向加速老化测试与在线损伤预测[J]. 电工技术学报, 2019, 34(增刊1): 224-234.
Wang Lei, Li Bing, Dong Chaoyue, et al. Bidire- ctional accelerated aging test and online damage prediction of power switch devices in urban traction converter[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(S1): 224-234.
[20] 信月, 杨中平, 林飞, 等. 基于参数反馈的城轨交通超级电容健康状态估算[J]. 电工技术学报, 2019, 34(增刊1): 396-404.
Xin Yue, Yang Zhongping, Lin Fei, et al. Research on state of health estimation of supercapacitor in urban rail transit based on parameter feedback[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(S1): 396-404.
[21] 周湶, 熊涛涛, 江天炎, 等. 连续方波脉冲电压下PCB绝缘可靠性的多变量威布尔失效模型[J]. 电工技术学报, 2019, 34(6): 1310-1318.
Zhou Quan, Xiong Taotao, Jiang Tianyan, et al. Multi-parameter Weibull failure model of PCB insulation reliability under continuous square impulse voltage[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(6): 1310-1318.
[22] 郭思嘉, 赵振东, 张倩宜. 基于Weibull函数分布的电力通信网光缆失效率模型[J]. 电力系统保护与控制, 2017, 45(17): 92-99.
Guo Sijia, Zhao Zhendong, Zhang Qianyi. Failure rate model for optical fiber in electric power com- munication network based on Weibull distribution function[J]. Power System Protection and Control, 2017, 45(17): 92-99.
[23] 滕予非, 吴杰, 张真源, 等. 基于离群点检测的高压并联电抗器本体电流互感器测量异常故障在线诊断[J]. 电工技术学报, 2019, 34(11): 2405-2414.
Teng Yufei, Wu Jie, Zhang Zhenyuan, et al. Online identification of measurement abnormality fault based on outlier detection for current transformer in high voltage shunt reactor[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(11): 2405-2414.
[24] 汪洋, 薛永端, 徐丙垠, 等. 小电阻接地系统接地故障反时限零序过电流保护[J]. 电力系统自动化, 2018, 42(20): 150-157.
Wang Yang, Xue Yongduan, Xu Bingyin, et al. Zero- sequence inverse-time overcurrent protection in low resistance grounding system with grounding fault[J]. Automation of Electric Power Systems, 2018, 42(20): 150-157.
[25] 戴志辉, 刘宁宁, 张程, 等. 基于电流特征量相关系数的UHVDC线路高阻接地故障保护[J]. 电力系统自动化, 2019, 43(19): 156-163.
Dai Zhihui, Liu Ningning, Zhang Cheng, et al. Pilot protection for high-resistance grounded fault of UHVDC transmission line based on correlation coefficient of current variable[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43(19): 156-163.
The Effect of Dust Covering Density on Electrochemical Migration Failure of Circuit Board
Abstract Under certain temperature, relative humidity and potential difference, the electrochemical migration (ECM) between adjacent wires and solder joints is prone to cause insulation failure in the high-density electrical packaging. In the case of serious dust pollution, the deposition of dust particles inside the electronic equipment changes the critical humidity of the circuit board surface, thereby changing the failure mechanism of ECM and time to failure (TTF). This paper studied the effects of the dust particle coverage density of 13-18mm diameter on the TTF of ECM of circuit board under the interaction of environmental temperature, relative humidity and electric field intensity by temperature and humidity bias (THB) experiments. It was found that the TTF of ECM caused by particle covering density was nonmonotonic. When the particle coverage density was lower than 350mg/cm2, the TTF and particle coverage density presented a negative exponential function; when the particle coverage density was higher than 350mg/cm2, it had a positive exponential function. The failure mechanism of ECM in high- and low-density zones was analyzed from the aspects of moisture adsorption and dendritic growth path change. It lays a foundation for establishing the reliability detection method of high-density circuit board in dusty environment.
keywords：Electrochemical migration, temperature and humidity bias experiment, particle coverage density, circuit board
中图分类号：TM207
DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.190699
国家自然科学基金资助项目（61674017）。
收稿日期2019-06-12
改稿日期 2019-11-11
周怡琳 女，1972年生，博士，教授，博士生导师，研究方向为电接触与电连接可靠性。E-mail: ylzhou@bupt.edu.cn（通信作者）
鲁文睿 女，1996年生，硕士研究生，研究方向为可靠性检测技术。E-mail: 1691897876@qq.com
（编辑 崔文静）