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引言：隨著時(shí)代的發(fā)展，電子元器件的集成密度不斷增加，印刷電路板(PCBA)的引腳間距變小，電化學(xué)遷移(ECM；Electrochemical migration)引起的PCB絕緣失效的潛在風(fēng)險(xiǎn)正在上升。
電化學(xué)遷移?是指在基板材料的玻璃束中，當(dāng)線(xiàn)路板處于高溫高濕及長(zhǎng)久外加電壓下，在兩金屬導(dǎo)體與玻璃束跨接之間，因此會(huì)出現(xiàn)絕緣失效的緩慢漏電情形，稱(chēng)為“電遷移”，又稱(chēng)為漏電或滲電。電化學(xué)遷移主要有兩種形式，一種是金屬離子遷移到陰極還原沉積形成枝晶（如圖1所示）并向陽(yáng)極方向生長(zhǎng)，另一種是從陽(yáng)極向陰極生長(zhǎng)的導(dǎo)電陽(yáng)極絲(Conducting anodic filaments，CAFs)。PCBA上殘留污染物對(duì)電化學(xué)遷移腐蝕的影響主要體現(xiàn)在加速腐蝕和電化學(xué)遷移過(guò)程，導(dǎo)致開(kāi)路或短路失效。
PCBA上的殘留污染物主要包括無(wú)機(jī)、有機(jī)污染物兩大類(lèi)。無(wú)機(jī)污染物，如離子污染物，會(huì)在潮濕環(huán)境中使金屬表面腐蝕，減小絕緣電阻，增加漏電流，甚至引起表面絕緣電阻下降，在有電場(chǎng)存在的條件下還會(huì)發(fā)生電遷移，產(chǎn)生枝狀結(jié)晶，導(dǎo)致漏電和短路?。有機(jī)污染物，如助焊劑殘留物，主要由樹(shù)脂、松香、人造樹(shù)脂等組成，這些物質(zhì)在生產(chǎn)過(guò)程中如果清洗不徹底，助焊劑中的鹽類(lèi)或活化酸性成份會(huì)逐漸暴露出來(lái)，隨著時(shí)間的推移，這些殘留物在空氣環(huán)境中容易產(chǎn)生電化學(xué)和腐蝕性影響，導(dǎo)致線(xiàn)路和器件的腐蝕，從而降低PCBA的可靠性。
此外，殘留污染物中的酸性殘留物及鹵素離子對(duì)組裝可靠性帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn)，直接腐蝕PCBA組件中的焊點(diǎn)、PCB焊盤(pán)或元器件引腳。這些殘留物在水汽、電場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，造成腐蝕及電化學(xué)遷移，進(jìn)一步加劇了開(kāi)路或短路失效的風(fēng)險(xiǎn)?。
PCBA上電化學(xué)遷移腐蝕原理
PCBA上的電化學(xué)遷移是由與溶液和電位有關(guān)的電化學(xué)現(xiàn)象所引起的，與從金屬溶解反應(yīng)、擴(kuò)散和電泳中產(chǎn)生的金屬離子移動(dòng)反應(yīng)及析出反應(yīng)有關(guān)。特別是在高密度組裝的電子設(shè)備中，材料及周?chē)h(huán)境相互影響導(dǎo)致離子遷移，形成枝晶，從而引起電特性的變化。金屬枝晶產(chǎn)生的前提是金屬發(fā)生了腐蝕，并存在電場(chǎng)的影響。而焊料中的Ag、Pb、Zn等金屬易于腐蝕，相對(duì)而言，金屬銀的氧化腐蝕反應(yīng)的電極電位差小，可逆反應(yīng)的吉布斯自由能較小導(dǎo)致電遷移非常容易發(fā)生，因而銀的電遷移與枝晶的生長(zhǎng)最容易發(fā)生。
最早有關(guān)Ag離子的遷移現(xiàn)象是在1954年由美國(guó)貝爾研究所的D.E.YOST把它作為PCB的一個(gè)問(wèn)題提出來(lái)的。在該報(bào)告中介紹了在電話(huà)交換機(jī)或電子計(jì)算機(jī)等所使用的端子上的Ag，在絕緣板上溶解析出，由離子電導(dǎo)使絕緣遭到破壞的案例。
其中Ag離子遷移發(fā)生機(jī)理為，在PCB上含Ag的電極間由于吸濕和結(jié)露等作用吸附水分后再加入電場(chǎng)時(shí)，金屬Ag從一個(gè)電極向另一個(gè)電極移動(dòng)，析出Ag或化合物的現(xiàn)象稱(chēng)為Ag離子遷移。Ag離子的遷移發(fā)生機(jī)理是當(dāng)在絕緣基板上的Ag電極（鍍Ag引腳或鍍Ag的PCB布線(xiàn)）間加上直流電壓時(shí)，當(dāng)絕緣板吸附了水分或含有鹵素元素等時(shí)，陽(yáng)極被電離，如圖2所示。
水（H2O）在電場(chǎng)作用下被電離，H+移向陰極從陰極上獲得電子變氫氣（H2）向空間釋放掉，而OH-則返向移向陽(yáng)極，把陽(yáng)極表面的銀溶解形成氫氧化銀，氫氧化銀不穩(wěn)定的狀態(tài)會(huì)逐漸變?yōu)檠趸y，氧化銀形成枝晶的過(guò)程中到達(dá)陰極后被還原形成金屬銀。其化學(xué)反應(yīng)式分別為：
1) H2O?OH-+H+
2) Ag?Ag++e
3) Ag++OH-?AgOH
4) 2AgOH?Ag2O+H2O
5) Ag2O+H2O?2AgOH?2Ag++2OH-
6) Ag++e? Ag
由于上述反應(yīng)是不斷循環(huán)的，故Ag2O不斷地從陽(yáng)極向陰極方向成樹(shù)枝狀生長(zhǎng)，Ag2O在陰極不斷地被還原而析出Ag。PCBA殘留污染物中的有機(jī)酸可能更易腐蝕Ag、Pb、Zn等金屬，在通電過(guò)程中，焊盤(pán)之間電勢(shì)差的存在加劇電子、金屬離子的移動(dòng)，當(dāng)金屬枝晶形成一定程度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致PCBA表面絕緣電阻降低，從而出現(xiàn)漏電或短路現(xiàn)象。
綜上所述，PCBA上的殘留污染物不僅直接影響電路板的物理和電氣性能，還通過(guò)加速電化學(xué)遷移和腐蝕過(guò)程，增加了開(kāi)路或短路失效的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)電子產(chǎn)品的可靠性和使用壽命構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，確保PCBA生產(chǎn)過(guò)程中的清潔度和采取有效的清洗措施至關(guān)重要。
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