合明科技分析PCBA线路板蠕变腐蚀的相关问题

 

 

文章关键词导读： IPC、组件清洗、表面贴装技术、电子制造、电路板、PCBA线路板、水基清洗、助焊剂、半导体、PCB线路板

 

在环境中含非正常水平的硫或者其他污染的气体时，PCB板蠕变腐蚀呈现增加的现象。硫元素被职业健康限制列为一个***粉尘，在工作环境中允许以百分之（ppmm）水平存在。硫以PPM水平可以在2个月内使计算机系统失效。平整的板面，例如浸银和铜上敷OSP，尤其容易受到这类腐蚀。蠕变腐蚀不需要有电势发生，是不同于电化学迁移的。

PCBA线路板蠕变腐蚀能发生在任何表面处理上。和电化学迁移类似，PCBA线路板蠕变腐蚀需要污染源和湿度。蠕变不同于ECM，这种腐蚀不需要电磁场，但只要有空气污染时就会发生，尤其有硫存在时。如果一个电路板被暴露在含丰富的硫污染潮湿的环境中，蠕变腐蚀就会发生。空气污染物中的硫和银、铜发生反应变成银和铜的硫化物。这些污染物在各个方向均等地生长。

PCBA线路板蠕变腐蚀能使很细的电路线开路，同时当腐蚀蠕变穿过导体时会产生电气短路。当空气污染物增加、电路保护减少和微型化三个因素交叉作用时，腐蚀失效率会增加。这个问题的严重性因材料的低强度和更多的相互作用机会而产生。在这个极端腐蚀机理下，表面处理被腐蚀。PCBA线路板腐蚀的离子形成铜盐。电解水能带着导电盐穿过导体。随着热的产生，干电解质留下一个结晶盐。如果更多的湿度会接触到电路，这样的循环往复，就形成了结晶沉积环。

蠕变腐蚀和微型化

PCBA线路板电路板外形尺寸的减小和元器件的微型化提高了硬件性能却增加了腐蚀的风险。在离子成分中空气污染时普遍比较高的，例如氯盐。

由IT数据中心的硬件失效，对蠕变腐蚀的关注在增加。由于晶体尺寸的减小和完成指定任务的所需要传输的电信号距离变小，计算机性能改建变得可能。封装密度的增加与电子元器件微型化的结合，在硬件可靠性方面增加了不利影响的因素。由于：

1. 增加每单位体积的热负荷，就要增加空气流量以维持硬件在可接受温度范围内。
2. 增加的空气流量使电子暴露到空气污染物中。
3. 高密度封装并不总是允许元器件密封不透气。
4. 降低印制电路板间的间距，增加了离子迁移的可能性。
5. 元器件外形接近腐蚀产品尺寸，更容易给腐蚀带来***。

蠕变腐蚀失效进场发生在工业控制电子和航天领域，这些领域周围空气中含高含量的污染物气体。当在设计电子组装产品时，了解终端用户环境是很关键的。

PCBA线路板蠕变腐蚀和PCB表面处理

PCBA线路板印制电路板表面有导电层，比较典型的是由薄的铜箔制成。铜是一种比较活跃的金属，很容易在大气环境下氧化。传统的被暴露在PCB表面的铜用热风整平（HASL）工艺镀上锡铅。限制和减少铅的使用，减少了HASL的使用。

当今，由于平坦的板面使用的增加，PCBA线路板蠕变腐蚀越来越普遍。热风整平板面的锡铅保护着底层的铜免于暴露在大气条件下。过渡到无铅焊接、低外形元器件、制造缺陷和微型化都需要有平坦的表面。如果合金焊点对表面金属浸润查，铜被暴露。热管理中增加的热空气流动增加了蠕变的风险。恶劣的环境下，有湿气存在的地方就会增加蠕变腐蚀的风险。在数据中心冷却空气也是一个有影响的因素。

平坦的板表面比如铜上敷OSP和镍金（电镀镍/浸金）是有有效期的。由于这些原因，浸银表面处理在电子工业中成为了标准的PCB表面处理。随着PCB表面处理改为浸银，与硫污染物含量相关的PCB失效增加了。增加的失效率源于铜、银和硫的反应。事实上，由于在浸银电路板上有区域比如过孔里面含有暴露的铜和银，这个问题进一步复杂了。当过孔没有完全被沉浸的银覆盖，金属铜是脆弱的，易受到大气的影响作用而导致电化学腐蚀。

当一种金属比如铜覆盖了一些惰性金属，比如银，PCBA线路板电化学腐蚀在合适的电解质下能发生。当有湿气存在时，电化学电池造成简述减少。当铜和银之间发生电化学反应时，由于铜是比较活跃的金属，电解池铜将为阳极。在含硫的氧化环境中，铜比银腐蚀快的多。这个高腐蚀率的环境包含有很强导电力的金属生长。

在很多情形下，铜层都需要被保护，尤其当使用浸银表面处理时，铜层更需要被保护。首先是锡铜表面。在这个区域，铜不与银交换，但在潮湿和空气污染的环境中，暴露的铜能与银反应导致锡表面腐蚀。第二个铜的来源是镀银的孔洞里。当热循环时，铜能迁移到银的表面，薄的锡层也能导致铜暴露，尤其是组装后。另外一个铜的来源包括部分在助焊膜中堵塞的过孔和裂缝。暴露的铜变成随时引发反应的物质。由于银的射频传播特性，浸银经常是一种高频应用材料的选择。

PCBA线路板蠕变腐蚀和电路板清洁度

***终印制电路板需要清洁。离子物质能直接腐蚀导线，或者离子与潮气、助焊剂或者其他物质结合导致腐蚀。Xu和Fleming(2009)调查过助焊剂残留对蠕变腐蚀的影响当铜过孔被无铅的焊锡完全盖住时，没有证据显示蠕变腐蚀。在组件上暴露的银，超过时间就会有严重的腐蚀发生，但这个腐蚀并不被认为是蠕变腐蚀。在边界处银被暴露在助焊剂残留中，就会产生严重的蠕变腐蚀。助焊剂残留暴露在银边界区域促进了银腐蚀迁移到阻焊膜表面。

Xu和Fleming报道当活性助焊剂在焊接后没有被清洗时，蠕变腐蚀会在5天内产生。松香助焊剂仅显示有局部腐蚀。 问题在于活性助焊剂去除氧化铜而在助焊剂残留中留下了铜盐。在潮湿环境中腐蚀从电路生长和蔓延到阻焊膜。 这种失效也发生在有硫存在的工业区。

正确的操作、装运和存储步骤是非常重要的。手印传递多种污染，包括氯。包装材料应该证明是“无硫”的。一旦打开去组装，没被用过的PCB如果要延长储存时间则需要返回到原包装并真空密封。

印制电路板储存地点对于硫诱发锈蚀是很关键的，尤其银或者高银处理的印制电路板。印制电路板储存在经常供应蛋类制品的餐厅旁，经常导致硫产生的锈蚀。在一个洋葱加工厂就有发生工业控制电子装置发生严重的腐蚀， 因为洋葱含有大量的硫。

PCBA线路板有硫蠕变腐蚀的场所

硫存在于原材料中，包括生产油、煤炭和含常见的金属如铝、铜、锌、铅和铁的矿石。当含硫的燃料燃烧时， 或者当从石油中提取***时，或者从矿石中提取金属时就会形成***气体。大约有三分之一的污染颗粒中含有硫的化合物。

硫的来源包括用于水处理的***、 沼泽气体、化肥、 地热、 农业、汽车排气和冶炼。在煤炭和石油燃烧时， 水泥生产和其它重工业经常发现***。 硫醇用于橡胶制造。有机硫化物存在于泥土中。在橡胶、***、冶炼、水泥、沥青、造纸厂、化肥和农场，废水处理、石油化工、泥土以及座落在环境中硫含量高的公司，存在硫蠕变倾向。***燃烧的副产品是硫的气体，而且***驱动的叉车也经常排放硫的气体。

PCBA线路板预防腐蚀的策略

预防腐蚀能从三个步骤中观察到：强化、补救、再布置。进行PCB板级的保护，比如改善表面处理。在元器件组装中，敷形涂覆或者所有外形被锡全部覆盖是有效的。对包装产品的保护包括过滤的使用和器件的密封。非常困难的环境能通过过滤、空调、湿度控制和综合室内管理来改善。

 

 

 

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