电子产品可靠性隐形杀手：电化学迁移（ECM）机理与防护

1. 什么是电化学迁移（ECM）？

电化学迁移是指在电子产品内部，距离较近的两个金属电极之间，在具备一定电压且环境湿度较大的情况下，发生的一种金属离子迁移现象。

其基本过程可以概括为：

• 阳极溶解： 阳极金属（或其氧化物）失去电子，溶解形成金属离子。
• 离子迁移： 金属离子在电场作用下，通过潮湿的水膜向阴极迁移。
• 阴极沉积： 金属离子运动到阴极处，获得电子还原，形成金属（或氧化物）沉积。

这种沉积物通常呈树枝状（Dendrites），随着时间推移，它会从阴极向阳极生长，最终导致两极之间绝缘电阻下降甚至短路。

图1：电化学迁移的微观机理示意图

2. ECM发生的五大核心要素

电化学迁移的发生并非偶然，通常需要同时满足以下五个条件：

1. 电场： 电极之间存在电压差。
2. 潮湿环境： 能够形成连续的水膜或电解质通道。
3. 可迁移金属： 如银（Ag）、铜（Cu）、铅（Pb）、锡（Sn）等。其中Ag最易迁移，其次是Pb和Cu。
4. 污染物： 提供离子，增加水的导电性。
5. 迁移通道： 如PCB表面、阻焊层下的缝隙等。

3. 污染导致的电化学迁移

表面污染是诱发ECM的主要原因之一。当表面存在卤素、酸碱等杂质离子时，会极大地加速腐蚀和迁移过程。

• 化学腐蚀： 污染物（如氯离子Cl-）会破坏金属表面的钝化膜，使金属更容易溶解。
• 酸碱反应： 酸性物质（如助焊剂残留）或碱性物质（如洗衣粉、水泥灰尘）与金属（如Sn、Pb）反应，生成可溶性金属离子。

图2：陶瓷电容表面的雾状迁移腐蚀与电阻电极腐蚀案例

"在污染致电化学迁移中，氯离子的腐蚀最为常见且严重。由于氯离子半径小、活性大，常能从钝化膜缺陷处渗透，引发严重的点蚀。"

4. 结论与防护

要有效防止电化学迁移，必须从源头控制。这包括严格控制PCB和元器件的表面清洁度，避免助焊剂残留；在设计上增加爬电距离；以及采用三防漆（Conformal Coating）等保护措施，阻断湿气和污染物的侵入通道。