Az elektronikai gyártóiparban 2006 óta bevezetett új ólommentes forrasztási technikák folyamatos megbízhatósági vizsgálata elengedhetetlen, különös tekintettel a nagy megbízhatóság igényű autó elektronikai alkalmazások területén, amely iparág még csak részben tért át az ólommentes technológiára. Az ólommentes váltás miatt olyan korábban már kontrollált hibajelenségek kerültek ismét előtérbe, mint az elektrokémiai migrációs dendrit növekedés. Az elektrokémiai migráció jelensége napjainkban sok esetben nem teljesen tisztázott folyamatokat, reakciókat takar. A hibajelenség leírására felállított különböző modellek és elméleti megfontolások nem adnak elegendő információt a teljes folyamat megértéséhez. A megértést az is nehezíti, hogy más és más elektrokémiai folyamat játszódhat le például az eltérő anyagrendszerekben, a környezeti szennyeződésektől függően eltérő elektrolit oldatokban vagy eltérő geometriákon. Mivel ez az elektrokémiai folyamat igen kis térfogatokban zajlik, valamint nem stacionárius és nem is homogén elektrokémiai rendszerekről van szó, nem állnak rendelkezésünkre megfelelő leíró egyenletek, és így a modellalkotás is inkább a tapasztalati, kísérleti megfigyelések alapján történik.
A megfigyeléseket alapvetően kétféle környezetben végzik. A vizsgálatok egyik részét laboratóriumi körülmények között, szobahőmérsékleten, míg a másik részét extrém klimatikus körülmények biztosításával hajtrák végre. Ez utóbbi vizsgálatokhoz un. klímaállósági vizsgálatokra alkalmas klímakamrákat alkalmaznak, ahol magas hő- és páratartalom mellett követik a tesztstruktúrák valamilyen villamos paraméterének valós idejű vagy diszkrét mérésekkel megvalósított változását.
Az eddigi megfigyelések elsősorban magukra az elektrokémiai migrációs folyamatokra irányultak és viszonylag kevés figyelmet fordítottak az elektrokémiai folyamathoz vezető előzményekre, pl. a páralecsapódásra. Ezek a klímaállósági vizsgálatok jól modellezik ugyan a páralecsapódási szakaszt is, de minimális információ található arról, hogy az elektrokémiai migráció, vagyis a dendritképződési szakasz előtt fizikailag miként zajlik le a nedvesség lecsapódási folyamat. Nyitott kérdés még, hogy a kondenzáció folyamata, a kondenzációs idő (Mean Time To Condensation: MTTC) mennyire összemérhető az azt követő elektrokémiai migráció által előidézett zárlatképződési mechanizmus idejével (dendritképződési szakasz), vagyis lehetséges, hogy a páralecsapódás bizonyos esetekben nem elhanyagolható tényező a meghibásodásig eltelt idő egészét tekintve (Mean Time To Failure: MTTF).
Feladatomnak tűztem ki annak a megfigyelését, hogy egy adott mikroáramköri struktúrán az összefüggő nedvességréteg kialakulásához szükséges víz kondenzációs idő (MTTC) és az elektrokémiai migrációval (az anódos oldódás megindulásától a zárlatokat kialakító dendritek képződéséig) eltelt idő milyen arányban oszlik meg a meghibásodási idő egészét tekintve. Bizonyítható, hogy a MTTC idő – bizonyos esetekben – nem elhanyagolható a teljes hibamechanizmusra nézve, ezért a jelenlegi gyorsítási modellek egy része, kiegészítésre szorul.
A teljes kutatási beszámoló letölthető innen (PDF)
Dr. Harsányi Gábor, egyetemi tanár, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
2015.01.07.