一文看懂污染物殘留物對(duì)PCB點(diǎn)焊的影響

隨著電子工業(yè)的發(fā)展和電子性能需求的增加，電子元件正在發(fā)展，具有小型化，更小間距和高完整性的趨勢(shì)。隨著相鄰導(dǎo)體之間的間隔變小，印刷電路板（PCB）上的殘留物和其他污染物的問題在對(duì)PCB的可靠性的影響方面變得越來越突出。盡管傳統(tǒng)的表面貼裝技術(shù)（SMT）很好地利用了低殘留和免清洗的焊接工藝，但在可靠性高的產(chǎn)品中，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)致密化和部件的小型化組裝使得越來越難以達(dá)到合適的尺寸。由清潔問題引起的產(chǎn)品故障增加導(dǎo)致的清潔等級(jí)。本文將簡(jiǎn)要討論污染物殘留物對(duì)PCB點(diǎn)焊的影響以及與清洗有關(guān)的一些問題。

?污染物殘留物對(duì)PCB點(diǎn)焊的影響

電化學(xué)遷移

電化學(xué)遷移，ECM的簡(jiǎn)稱，是指在電磁場(chǎng)的影響下，通過某些介質(zhì)，如磁通量的離子遷移。對(duì)于PCB產(chǎn)品，隨著環(huán)境濕度的變化，助焊劑殘留物中的一些離子污染物如活性劑和鹽會(huì)變成電解質(zhì)，導(dǎo)致點(diǎn)焊的特征變化。當(dāng)這些PCB工作時(shí)，在應(yīng)力電壓的情況下，點(diǎn)焊之間可能會(huì)發(fā)生短路，導(dǎo)致間歇性故障，降低PCB的可靠性。該過程包括三個(gè)步驟：路徑形成，初始化和樹枝狀晶體生成。形成的路徑始于金屬離子在電解質(zhì)中的溶解，電解質(zhì)是由助熔劑中的氯和溴殘余物與空氣中的水的組合形成的一種弱酸。當(dāng)金屬溶解在弱酸中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生金屬絲。因此，必須要求包括離子剩余，電壓偏差和濕度的元素來實(shí)現(xiàn)電化學(xué)有效性的機(jī)理。此外，電化學(xué)效應(yīng)還受溫度，濕度，產(chǎn)品，導(dǎo)體材料，導(dǎo)體間距，污染物類型和數(shù)量的影響。

蠕變腐蝕

蠕變腐蝕是指在PCB表面產(chǎn)生銅或銀的硫化物晶體的現(xiàn)象。與電化學(xué)遷移不同，環(huán)境中污染源和水分的存在能夠?qū)е氯渥兏g，而不需要電壓差。當(dāng)空氣中的硫與PCB上的銅或銀結(jié)合時(shí)，將產(chǎn)生硫化銅或硫化銀。這些化學(xué)化合物如硫化銅和硫化銀將向任何方向生長(zhǎng)，使得間距引線之間的細(xì)導(dǎo)線開口或短路，這最終將導(dǎo)致PCB的質(zhì)量差。隨著PCB尺寸變小和元件小型化，這種腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)肯定會(huì)提高。蠕變腐蝕主要發(fā)生在工業(yè)控制電子和航空航天領(lǐng)域，因?yàn)槠渲車諝庵写嬖诟嗟奈廴練怏w。另一個(gè)原因在于先前PCB表面上的HASL實(shí)現(xiàn)，其外部銅箔受錫鉛保護(hù)。然而，隨著無鉛工藝的發(fā)展，銅或銀材料被用于PCB制造，焊接和電鍍。一旦潤(rùn)濕未達(dá)到焊接過程中的等級(jí)，一些銅或銀將暴露在空氣中，當(dāng)環(huán)境因水分的影響而變壞時(shí)，蠕變腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)將大大增加。

Tin Whisker

錫須是專業(yè)人士的主要關(guān)注點(diǎn)。通過基于錫須產(chǎn)生的化學(xué)和物理參數(shù)的大量研究，專家指出錫合金在高溫高濕的作用下與其他金屬一起增殖，這將有助于金屬間化合物（IMC）的形成。在這種情況下，隨著錫層中電壓應(yīng)力的快速增加，錫離子沿晶界擴(kuò)散，形成錫須，這將增加短路的風(fēng)險(xiǎn)。因此在回流過程中，當(dāng)錫合金變成固體時(shí)，從錫膏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)致錫須的大量生成。此外，錫須往往受離子污染程度的影響，可以得出結(jié)論，離子污染程度越高，錫須密度越高。

?有關(guān)清潔的一些問題

a。 污染物

焊接后需要清潔的物體主要是PCB上留下的殘留物。根據(jù)化學(xué)性質(zhì)，剩余物可分為三類：水溶性極性殘留物，水不溶性非極性殘留物和不能轉(zhuǎn)化為離子有機(jī)化合物的水溶性但非極性殘留物。這些污染物被認(rèn)為是導(dǎo)致PCB性能發(fā)生變化甚至失效的關(guān)鍵原因。因此，完全清潔殘留物是非常必要的。此外，PCB正朝著高密度化和精細(xì)間距發(fā)展，PCB清潔變得尤為重要。

b。 焊劑

焊劑殘留量是PCB制造業(yè)中最重要的部分，這就是為什么在考慮清洗工藝時(shí)必須首先考慮焊劑殘留物的原因。根據(jù)化學(xué)性質(zhì)，通量可按J-STD-004分為四類：松香，樹脂，有機(jī)物和無機(jī)物，然后根據(jù)助熔劑/助焊劑殘留物活性水平和鹵化物重量對(duì)每種物質(zhì)進(jìn)行分類。這也從一個(gè)事實(shí)證明，世界上所有的助焊劑都能夠消除氧化物，增加了焊料的侵入能力。在PCB制造過程中，助焊劑用于波峰焊，回流焊和手工焊，最好只選擇一種助焊劑。對(duì)于整個(gè)PCB的清潔，它只是消除一種焊劑的過程。如果拾取了許多類型的助焊劑，這些助焊劑的相容性將給清潔帶來困難，因?yàn)檫@些助焊劑具有復(fù)雜的特性，導(dǎo)致它們組合的復(fù)雜性。

c。 清潔工藝

PCB清潔中通常使用三種類型的清潔工具：溶劑清潔，半水清潔和水清潔。溶劑清洗是指使用溶劑型介質(zhì)清潔PCB的過程。在該過程中，干燥在獨(dú)立設(shè)備中進(jìn)行。半水清洗是指通過溶劑清洗PCB并用水清除PCB上的有機(jī)溶劑以消除PCB上的助焊劑和其他污染物的過程。水清洗是指僅用水清洗PCB的過程。根據(jù)設(shè)備和產(chǎn)品的特點(diǎn)，應(yīng)采用合適的清洗工藝，大大提高PCB的可靠性。

結(jié)果，

d。 清潔溶劑

根據(jù)助焊劑的類型，應(yīng)選擇符合助焊劑類型的清潔溶劑。有不同類型的清潔溶劑和清潔溶劑組分。根據(jù)日本工業(yè)清潔委員會(huì)（JICC）的規(guī)定，清洗溶劑以沖洗工藝為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。這就是為什么清潔溶劑分為兩類：水溶性清潔溶劑和非水溶性清潔溶劑。漂洗過程中使用的清潔溶劑稱為水溶性，不使用水稱為非水溶性。

e。 清潔設(shè)備和清潔方法

目前清潔設(shè)備主要分為間歇式和蜂窩式，清潔方式包括超聲波，噴霧，浸泡，噴射，氣泡等。普通清潔設(shè)備清洗方法通過噴霧或氣相進(jìn)行，一些機(jī)械清洗方法作為補(bǔ)充，如攪拌，旋轉(zhuǎn)等。

f。 清潔標(biāo)準(zhǔn)

不同的清潔對(duì)象有不同的清潔標(biāo)準(zhǔn)。因此，合適的清潔標(biāo)準(zhǔn)必須與相關(guān)行業(yè)和產(chǎn)品特性兼容，因?yàn)椴煌漠a(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)。根據(jù)IPC的標(biāo)準(zhǔn)，一般最高的清潔等級(jí)是：
離子污染物 ;
或助焊劑殘留;
或絕緣電阻。

總而言之，只要完全了解PCB點(diǎn)焊失效機(jī)理有關(guān)殘留物的不良影響，并根據(jù)清潔工藝設(shè)計(jì)選擇合適的清潔溶劑和方法，物理和化學(xué)品失效風(fēng)險(xiǎn)將大大降低，從而提高PCB的可靠性。