電子工業(yè)發(fā)展對(duì)電子產(chǎn)品的性能要求越來(lái)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(wèn)題對(duì)PCB可靠性的影響越來(lái)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(lái)越難以達(dá)到合適的清洗等級(jí)。本文將簡(jiǎn)要討論污染物殘留對(duì)PCB焊點(diǎn)的影響以及清潔方面的一些問(wèn)題。
污染物殘留對(duì)PCB焊點(diǎn)的影響
電化學(xué)遷移
電化學(xué)遷移，簡(jiǎn)稱(chēng)ECM，是指離子在電磁場(chǎng)的影響下，借助一些介質(zhì)如磁通殘留物的遷移。對(duì)于PCB產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，隨著環(huán)境濕度的變化，助焊劑殘?jiān)械囊恍╇x子污染物如活性劑、鹽分等會(huì)變成電解質(zhì)，導(dǎo)致焊點(diǎn)的特性發(fā)生變化。這些PCB在工作時(shí)，在應(yīng)力電壓的情況下，焊點(diǎn)之間可能會(huì)發(fā)生短路，造成間歇性故障，降低PCB的可靠性。
這個(gè)過(guò)程由三個(gè)步驟組成：導(dǎo)路形成、初始化和樹(shù)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(shí)，會(huì)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(lái)實(shí)現(xiàn)電化學(xué)有效性的機(jī)制。此外，電化學(xué)效率還受溫度、濕度、報(bào)價(jià)、導(dǎo)體材料、導(dǎo)體間距、污染物類(lèi)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(wú)需電壓差。當(dāng)空氣中的硫與PCB上的銅或銀結(jié)合時(shí)，會(huì)生成硫化銅或硫化銀。這些化合物如硫化銅和硫化銀會(huì)向任何方向生長(zhǎng)，使細(xì)引線(xiàn)開(kāi)路或間距引線(xiàn)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(xiǎn)肯定會(huì)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?yàn)槠洵h(huán)境空氣中存在較多的污染氣體。另一個(gè)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(hù)。然而，隨著無(wú)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(guò)程中潤(rùn)濕達(dá)不到等級(jí)，就會(huì)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(shí)，爬行腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)大大增加。錫須
錫須是專(zhuān)業(yè)人士主要關(guān)心的問(wèn)題。通過(guò)大量基于錫須產(chǎn)生的化學(xué)和物理參數(shù)的研究，專(zhuān)家指出，含錫的合金在高溫高濕的作用下會(huì)與其他金屬一起擴(kuò)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(kuò)散，形成錫晶須，增加短路風(fēng)險(xiǎn)。所以在回流焊過(guò)程中，當(dāng)錫合金凝固時(shí)，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。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(lèi)：- 極性污染物，主要為鹵素活化劑、手汗中的鹽分、酸等。
- 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。
清潔工藝設(shè)備及清潔標(biāo)準(zhǔn)
PCB清洗中通常使用三種清洗工藝：溶劑清洗、半水基清洗和水基清洗。溶劑清洗是指使用溶劑型介質(zhì)清洗PCB的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，干燥是在獨(dú)立的設(shè)備中進(jìn)行的。半水基清洗是使用稀釋溶液清洗PCB，用去離子水將PCB漂洗，以去除PCB上的助焊劑和其他污染物。水洗是指PCB只純水清洗的過(guò)程。根據(jù)電子產(chǎn)品的性能要求以及殘留物的特性，選擇合適的清洗工藝，大大提高PCB的可靠性。
目前清洗設(shè)備主要分為在線(xiàn)式和批量式，清洗方法有超聲波、噴霧、浸泡、噴射、鼓泡等。普通清洗方法是通過(guò)噴霧或汽相進(jìn)行，輔以一些機(jī)械清洗方法，如攪拌、旋轉(zhuǎn)等。
不同的清潔對(duì)象有不同的清潔標(biāo)準(zhǔn)。因此，不同的產(chǎn)品具有不同的使用環(huán)境、使用壽命和不同的技術(shù)參數(shù)，因此合適的清潔標(biāo)準(zhǔn)必須與相關(guān)行業(yè)和產(chǎn)品特性相適應(yīng)是合理的。根據(jù)原IPC標(biāo)準(zhǔn)，一般清潔判定標(biāo)準(zhǔn)為：離子污染物<1.56μgNaCl/cm2，表面絕緣電阻SIR≥1010Ω（新標(biāo)中，可自定義接受值）。
只要充分了解PCB焊點(diǎn)失效機(jī)理，考慮到殘留物的不良影響，根據(jù)清洗工藝設(shè)計(jì)選擇合適的清洗溶劑和方法，物理化學(xué)失效風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)大大降低， PCB的可靠性將得到提高。
最后，需要注意的是：沒(méi)有最好的助焊劑、最好的清洗方法或確定清潔度的最佳方法。這些變量取決于具體的應(yīng)用。Techapray 特可銳愿與您一起研究，共商更佳的解決方案。
