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(chǎng)作用下通過(guò)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(chǎng)作用下的移動(dòng)速度稱(chēng)之為離子遷移率，它是分辨被測(cè)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(cè)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(xiàn)路板線(xiàn)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(méi)有引起重視。最早對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行研究的是美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的 kohman 等人，他們發(fā)現(xiàn)在電話(huà)交換機(jī)的連接件中，有些鍍?cè)阢~接線(xiàn)柱上的銀在酚醛樹(shù)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(lèi)似現(xiàn)象。但是很長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期幾乎沒(méi)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(kāi)始引起人們的注意。這時(shí)以陶瓷為基板的高密度印刷線(xiàn)路板和覆銅線(xiàn)路板開(kāi)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(kāi)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(jiàn)。到了二十世紀(jì)八十年代特別是九十年代以來(lái)，日本也開(kāi)始關(guān)注這一課題，關(guān)于這方面的研究報(bào)告也多起來(lái)。由于沒(méi)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(chǎng)時(shí)，這兩邊的金屬就成為兩個(gè)電極，其中作為陽(yáng)極的一方發(fā)生離子化并在電場(chǎng)作用下通過(guò)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(lèi)，構(gòu)成，添加物，纖維性能，樹(shù)脂性能等。

從基板的構(gòu)成因素來(lái)看，分為三個(gè)方面：

一是樹(shù)脂方面，樹(shù)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(wú)電鍍液殘留），層積條件（樹(shù)脂間粘合性），加工工藝殘留物（粗化、電鍍等的殘液）。

從線(xiàn)路板表面的誘因來(lái)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(lèi)，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(lái)看，

線(xiàn)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€(xiàn)路板上的電場(chǎng)分布和易氧化金屬材料所帶的電的極性，是與線(xiàn)路和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有關(guān)的。其中線(xiàn)路間距和線(xiàn)路間所存在的直流電場(chǎng)與發(fā)生離子遷移有直接的關(guān)系，當(dāng)兩相鄰近的線(xiàn)路間有直流電場(chǎng)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(yáng)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(xiàn)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(lái)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(chǎng)，

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(wú)論怎么說(shuō)，用絕緣電阻的變化來(lái)評(píng)價(jià)離子遷移的影響仍然是簡(jiǎn)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(guò)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(cè)試片放入盛有過(guò)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(guò)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(cè)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(chǎng)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(guān)地觀(guān)測(cè)到離子遷移的物理形態(tài)，可以測(cè)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(xiàn)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(xiàn)間距離趨小的情況下有增長(zhǎng)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(wú)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(shù)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(shù)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(lèi)做活性劑，并要避免其在PCB上的殘留。尤其在采用無(wú)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。