印刷電路板(PCB)上的殘留物污染物分類解析

 電子工業(yè)發(fā)展對電子產(chǎn)品的性能要求越來越高，電子元器件正朝著小型化、低間距化、高度集成化的方向發(fā)展。隨著相鄰導(dǎo)體之間的間距變小，印刷電路板(PCB)上的殘留物和其他污染物問題對PCB可靠性的影響越來越突出。盡管傳統(tǒng)的表面貼裝技術(shù)(SMT)很好地利用了低殘留免清洗的焊接工藝，在高可靠性產(chǎn)品中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)致密化和零部件組裝小型化，選擇不當(dāng)?shù)那逑纯赡軐?dǎo)致的產(chǎn)品故障增多，越來越難以達(dá)到合適的清洗等級。

電化學(xué)遷移

電化學(xué)遷移，簡稱ECM，是指離子在電磁場的影響下，借助一些介質(zhì)如磁通殘留物的遷移。對于PCB產(chǎn)品來說，隨著環(huán)境濕度的變化，助焊劑殘渣中的一些離子污染物如活性劑、鹽分等會變成電解質(zhì)，導(dǎo)致焊點的特性發(fā)生變化。這些PCB在工作時，在應(yīng)力電壓的情況下，焊點之間可能會發(fā)生短路，造成間歇性故障，降低PCB的可靠性。

這個過程由三個步驟組成：導(dǎo)路形成、初始化和樹枝狀晶體生成。導(dǎo)路的形成始于金屬離子在電解液中的溶解，電解液是一種弱酸，由助焊劑中的氯和溴殘留物與空氣中的水結(jié)合形成。當(dāng)金屬溶解在弱酸中時，會產(chǎn)生金屬離子。因此，必須要求包括離子殘留、電壓偏差和濕度在內(nèi)的因素來實現(xiàn)電化學(xué)有效性的機制。此外，電化學(xué)效率還受溫度、濕度、報價、導(dǎo)體材料、導(dǎo)體間距、污染物類型和數(shù)量的影響。

爬行腐蝕

爬行腐蝕是指PCB表面產(chǎn)生銅或銀的硫化物結(jié)晶的現(xiàn)象。與電化學(xué)遷移不同，只要環(huán)境中存在污染源和水分即可導(dǎo)致爬行腐蝕，無需電壓差。當(dāng)空氣中的硫與PCB上的銅或銀結(jié)合時，會生成硫化銅或硫化銀。這些化合物如硫化銅和硫化銀會向任何方向生長，使細(xì)引線開路或間距引線之間出現(xiàn)短路，最終導(dǎo)致PCB質(zhì)量變差。隨著PCB尺寸變得更小和組件小型化，這種腐蝕的風(fēng)險肯定會提高。

爬行腐蝕主要發(fā)生在工控電子和航空航天領(lǐng)域，因為其環(huán)境空氣中存在較多的污染氣體。另一個原因在于以前的 PCB 表面采用了噴錫工藝（HASL），其外部銅箔由錫鉛保護。然而，隨著無鉛工藝的發(fā)展，含銅或銀的材料被用于PCB制造、焊接和電鍍。一旦在焊接過程中潤濕達(dá)不到等級，就會有一些銅或銀暴露在空氣中，當(dāng)環(huán)境因潮濕的影響而變壞時，爬行腐蝕的風(fēng)險就會大大增加。

錫須

錫須是專業(yè)人士主要關(guān)心的問題。通過大量基于錫須產(chǎn)生的化學(xué)和物理參數(shù)的研究，專家指出，含錫的合金在高溫高濕的作用下會與其他金屬一起擴散，這將有助于金屬間化合物（IMC）的形成。

在這種情況下，隨著錫層電壓應(yīng)力的快速增加，錫離子沿晶界擴散，形成錫晶須，增加短路風(fēng)險。所以在回流焊過程中，當(dāng)錫合金凝固時，錫膏中流出的助焊劑中的一些鹵化物和溴化物起到離子污染物的作用，導(dǎo)致大量錫晶須的產(chǎn)生。此外，錫須容易受到離子污染程度的影響。

污染物分類

PCB焊接后的殘留物根據(jù)化學(xué)性質(zhì)，主要分為以下三類：

極性污染物，主要為鹵素活化劑、手汗中的鹽分、酸等。

非極性污染物，主要為松香、樹脂、油脂等

物理顆粒污染物，主要是灰塵、反應(yīng)性產(chǎn)物（不溶物）、焊錫小球等。