離子遷移定義

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，這兩邊的金屬就成為兩個電極，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。

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，分為三個方面：

一是樹脂方面，樹脂的組成，官能團，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)計也與是否發(fā)生離子遷移故障有關(guān)連。因為線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的陰極遷移。這同時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，都對離子遷移的發(fā)生有很大影響。

離子在單位強度(V/m)電場作用下的移動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。 離子遷移率是表達被測離子大小的重要參數(shù)。離子運動速度與離子直徑成反比，而離子遷移率與離子運動速度成正比，故離子遷移率與離子直徑成負比。

為了研究產(chǎn)生離子遷移故障的機理，在實驗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試片的絕緣性能的變化進行測量。

另一種方法是水溶液試驗方法，所用試片是金屬電極，比如銀電極。將兩個電極放在玻璃板上，再在上面壓一層透明有機玻璃板，兩個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)再用相機拍下在電場作用下不同時間、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)，可以測到不同時間下絕緣電阻的變化，直到兩電極間最終形成短路。

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。

最早對這一現(xiàn)象進行研究的是美國貝爾實驗室的 kohman 等人,他們發(fā)現(xiàn)在電話交換機的連接件中，有些鍍在銅接線柱上的銀在酚醛樹脂基板內(nèi)有檢出，他們證實是銀離子的遷移。這種現(xiàn)象有時會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。但是很長一個時期幾乎沒有人關(guān)注這方面的研究。直到二十世紀七十年代，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)于這方面的研究報告也多起來。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準，這些研究的重現(xiàn)性欠佳，所得的結(jié)論也有所差異。

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。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，所用的焊劑一般由天然或合成樹脂、有機胺酸或有機磺酸及其鹽、有機溶劑等組成。這些有機物特別是有機酸殘留在PCB上，在潮濕條件下會成為電解質(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)選用疏水性強的有機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候，這是更為重要的提示。

離子遷移譜（ion mobiIity spectrometry，IMS），也稱離子遷移率譜，是在 20 世紀 70 年代初出現(xiàn)的一種新的氣相分離和檢測技術(shù)。它以離子漂移時間的差別來進行離子的分離定性，借助類似于色譜保留時間的概念，起初被稱為等離子體色譜。在早期的研究工作中，IMS裝置結(jié)構(gòu)簡單和靈敏度高的特點引起了人們極大的興趣。IMS技術(shù)發(fā)展初期主要是在爆炸物和毒劑的檢測方面，并于 20世紀 80 年代初研制出軍用現(xiàn)場檢測儀器。但是因為其分辨率低的缺點和當(dāng)時對大氣壓力下離子化的特性了解不多，民用方面的發(fā)展緩慢。進入 20世紀 90 年代，隨著公開發(fā)表文獻的增多和商品化的離子遷移譜儀的推出，國際上研究 IMS 技術(shù)的機構(gòu)和研究人員逐漸增多。近年來反恐稽毒的需求極大地促進了現(xiàn)場高靈敏、高選擇性檢測設(shè)備的發(fā)展。IMS特別適合于一些揮發(fā)性有機化合物的痕量探測，如化學(xué)戰(zhàn)劑、毒品、爆炸物和大氣污染物等，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在機場安檢和戰(zhàn)地勘查，并在環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)生產(chǎn)等方面有應(yīng)用 。2100433B

硝酸銀顯色法常用來測定水泥基材料中氯離子的滲透深度，文獻中報道的測試的變色邊界處氯離子濃度在很大的范圍內(nèi)波動，其氯離子分析測試的過程也很復(fù)雜。本項目通過各種因素對硝酸銀顯色反應(yīng)機理和動力學(xué)過程、水泥基材料的顏色對顯色的影響及取樣過程的系統(tǒng)研究，澄清顯色反應(yīng)機理及各種因素對顯色反應(yīng)的影響，找出簡單的確定在不同環(huán)境和條件下變色邊界處氯離子濃度的方法。用簡單的硝酸銀顯色法來取代現(xiàn)在通用的混凝土切片加化學(xué)分析的復(fù)雜過程，然后基于菲克第二定律來計算混凝土中氯離子的表觀遷移系數(shù)。此法不僅可用于實驗室中混凝土中氯離子遷移的測試和研究，還可用來對在氯離子環(huán)境中現(xiàn)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行隨時監(jiān)控、評估及壽命預(yù)測。

通過理論計算和試驗研究確定了精確的氯離子變色邊界自由氯離子濃度范圍, 同時對水泥基材料中自由氯離子濃度測量方法及表面氯離子濃度進行理論分析與試驗研究，并對硝酸銀顯色法測量非穩(wěn)態(tài)電遷移系數(shù)進行了誤差評估，最后對硝酸銀顯色法測量自然擴散條件下氯離子表觀擴散系數(shù)進行了理論基礎(chǔ)及試驗應(yīng)用研究。發(fā)明了一種混凝土切削取樣機，填補了國內(nèi)該種功能儀器的空白。取樣安全、衛(wèi)生及快捷，較國外類似功能儀器更經(jīng)濟，切削刀具成本低廉很多。建立水泥基材料中氯離子吸附雙電層模型，通過相關(guān)實驗參數(shù)的測量，計算出壓濾孔溶液濃度。結(jié)果表明孔溶液氯離子濃度并不存在所謂的“濃縮”，所謂“濃縮”是由于壓濾改變了水泥基材料雙電層溶液氯離子濃度引起測量結(jié)果升高的現(xiàn)象。考慮氯離子表觀擴散系數(shù)計算方法及表面氯離子濃度變化規(guī)律，理論分析了硝酸銀顯色法精確測量氯離子表觀擴散系數(shù)的關(guān)鍵問題。試驗結(jié)果表明當(dāng)表層氯離子濃度與浸泡液氯離子濃度相近時，硝酸銀顯色法測量的表觀擴散系數(shù)與NT Build443方法測量的表觀系數(shù)十分相近。 2100433B