一文看懂污染物残留物对PCB点焊的影响

随着电子工业的发展和电子性能需求的增加，电子元件正在发展，具有小型化，更小间距和高完整性的趋势。随着相邻导体之间的间隔变小，印刷电路板（PCB）上的残留物和其他污染物的问题在对PCB的可靠性的影响方面变得越来越突出。尽管传统的表面贴装技术（SMT）很好地利用了低残留和免清洗的焊接工艺，但在可靠性高的产品中，产品的结构致密化和部件的小型化组装使得越来越难以达到合适的尺寸。由清洁问题引起的产品故障增加导致的清洁等级。本文将简要讨论污染物残留物对PCB点焊的影响以及与清洗有关的一些问题。

•污染物残留物对PCB点焊的影响

 电化学迁移

电化学迁移，ECM的简称，是指在电磁场的影响下，通过某些介质，如磁通量的离子迁移。对于PCB产品，随着环境湿度的变化，助焊剂残留物中的一些离子污染物如活性剂和盐会变成电解质，导致点焊的特征变化。当这些PCB工作时，在应力电压的情况下，点焊之间可能会发生短路，导致间歇性故障，降低PCB的可靠性。该过程包括三个步骤：路径形成，初始化和树枝状晶体生成。形成的路径始于金属离子在电解质中的溶解，电解质是由助熔剂中的氯和溴残余物与空气中的水的组合形成的一种弱酸。当金属溶解在弱酸中时，会产生金属丝。因此，必须要求包括离子剩余，电压偏差和湿度的元素来实现电化学有效性的机理。此外，电化学效应还受温度，湿度，产品，导体材料，导体间距，污染物类型和数量的影响。

 蠕变腐蚀

蠕变腐蚀是指在PCB表面产生铜或银的硫化物晶体的现象。与电化学迁移不同，环境中污染源和水分的存在能够导致蠕变腐蚀，而不需要电压差。当空气中的硫与PCB上的铜或银结合时，将产生硫化铜或硫化银。这些化学化合物如硫化铜和硫化银将向任何方向生长，使得间距引线之间的细导线开口或短路，这最终将导致PCB的质量差。随着PCB尺寸变小和元件小型化，这种腐蚀的风险肯定会提高。蠕变腐蚀主要发生在工业控制电子和航空航天领域，因为其周围空气中存在更多的污染气体。另一个原因在于先前PCB表面上的HASL实现，其外部铜箔受锡铅保护。然而，随着无铅工艺的发展，铜或银材料被用于PCB制造，焊接和电镀。一旦润湿未达到焊接过程中的等级，一些铜或银将暴露在空气中，当环境因水分的影响而变坏时，蠕变腐蚀的风险将大大增加。

 Tin Whisker

锡须是专业人士的主要关注点。通过基于锡须产生的化学和物理参数的大量研究，专家指出锡合金在高温高湿的作用下与其他金属一起增殖，这将有助于金属间化合物（IMC）的形成。在这种情况下，随着锡层中电压应力的快速增加，锡离子沿晶界扩散，形成锡须，这将增加短路的风险。因此在回流过程中，当锡合金变成固体时，从锡膏流出的助焊剂中的一些卤化物和溴化物起到离子污染物的作用，导致锡须的大量生成。此外，锡须往往受离子污染程度的影响，可以得出结论，离子污染程度越高，锡须密度越高。

•有关清洁的一些问题

a。 污染物

焊接后需要清洁的物体主要是PCB上留下的残留物。根据化学性质，剩余物可分为三类：水溶性极性残留物，水不溶性非极性残留物和不能转化为离子有机化合物的水溶性但非极性残留物。这些污染物被认为是导致PCB性能发生变化甚至失效的关键原因。因此，完全清洁残留物是非常必要的。此外，PCB正朝着高密度化和精细间距发展，PCB清洁变得尤为重要。

b。 焊剂

焊剂残留量是PCB制造业中最重要的部分，这就是为什么在考虑清洗工艺时必须首先考虑焊剂残留物的原因。根据化学性质，通量可按J-STD-004分为四类：松香，树脂，有机物和无机物，然后根据助熔剂/助焊剂残留物活性水平和卤化物重量对每种物质进行分类。这也从一个事实证明，世界上所有的助焊剂都能够消除氧化物，增加了焊料的侵入能力。在PCB制造过程中，助焊剂用于波峰焊，回流焊和手工焊，最好只选择一种助焊剂。对于整个PCB的清洁，它只是消除一种焊剂的过程。如果拾取了许多类型的助焊剂，这些助焊剂的相容性将给清洁带来困难，因为这些助焊剂具有复杂的特性，导致它们组合的复杂性。

c。 清洁工艺

PCB清洁中通常使用三种类型的清洁工具：溶剂清洁，半水清洁和水清洁。溶剂清洗是指使用溶剂型介质清洁PCB的过程。在该过程中，干燥在独立设备中进行。半水清洗是指通过溶剂清洗PCB并用水清除PCB上的有机溶剂以消除PCB上的助焊剂和其他污染物的过程。水清洗是指仅用水清洗PCB的过程。根据设备和产品的特点，应采用合适的清洗工艺，大大提高PCB的可靠性。

结果，

d。 清洁溶剂

根据助焊剂的类型，应选择符合助焊剂类型的清洁溶剂。有不同类型的清洁溶剂和清洁溶剂组分。根据日本工业清洁委员会（JICC）的规定，清洗溶剂以冲洗工艺为标准进行分类。这就是为什么清洁溶剂分为两类：水溶性清洁溶剂和非水溶性清洁溶剂。漂洗过程中使用的清洁溶剂称为水溶性，不使用水称为非水溶性。

e。 清洁设备和清洁方法

目前清洁设备主要分为间歇式和蜂窝式，清洁方式包括超声波，喷雾，浸泡，喷射，气泡等。普通清洁设备清洗方法通过喷雾或气相进行，一些机械清洗方法作为补充，如搅拌，旋转等。

f。 清洁标准

不同的清洁对象有不同的清洁标准。因此，合适的清洁标准必须与相关行业和产品特性兼容，因为不同的产品具有不同的使用环境，使用寿命和不同的技术参数。根据IPC的标准，一般最高的清洁等级是：
离子污染物 ;
或助焊剂残留;
或绝缘电阻。

总而言之，只要完全了解PCB点焊失效机理有关残留物的不良影响，并根据清洁工艺设计选择合适的清洁溶剂和方法，物理和化学品失效风险将大大降低，从而提高PCB的可靠性。