印刷电路板(PCB)上的残留物污染物分类解析

印刷电路板(PCB)上的残留物污染物分类解析

 电子工业发展对电子产品的性能要求越来越高，电子元器件正朝着小型化、低间距化、高度集成化的方向发展。随着相邻导体之间的间距变小，印刷电路板(PCB)上的残留物和其他污染物问题对PCB可靠性的影响越来越突出。尽管传统的表面贴装技术(SMT)很好地利用了低残留免清洗的焊接工艺，在高可靠性产品中，产品结构致密化和零部件组装小型化，选择不当的清洗可能导致的产品故障增多，越来越难以达到合适的清洗等级。

电化学迁移

电化学迁移，简称ECM，是指离子在电磁场的影响下，借助一些介质如磁通残留物的迁移。对于PCB产品来说，随着环境湿度的变化，助焊剂残渣中的一些离子污染物如活性剂、盐分等会变成电解质，导致焊点的特性发生变化。这些PCB在工作时，在应力电压的情况下，焊点之间可能会发生短路，造成间歇性故障，降低PCB的可靠性。

这个过程由三个步骤组成：导路形成、初始化和树枝状晶体生成。导路的形成始于金属离子在电解液中的溶解，电解液是一种弱酸，由助焊剂中的氯和溴残留物与空气中的水结合形成。当金属溶解在弱酸中时，会产生金属离子。因此，必须要求包括离子残留、电压偏差和湿度在内的因素来实现电化学有效性的机制。此外，电化学效率还受温度、湿度、报价、导体材料、导体间距、污染物类型和数量的影响。

爬行腐蚀

爬行腐蚀是指PCB表面产生铜或银的硫化物结晶的现象。与电化学迁移不同，只要环境中存在污染源和水分即可导致爬行腐蚀，无需电压差。当空气中的硫与PCB上的铜或银结合时，会生成硫化铜或硫化银。这些化合物如硫化铜和硫化银会向任何方向生长，使细引线开路或间距引线之间出现短路，最终导致PCB质量变差。随着PCB尺寸变得更小和组件小型化，这种腐蚀的风险肯定会提高。

爬行腐蚀主要发生在工控电子和航空航天领域，因为其环境空气中存在较多的污染气体。另一个原因在于以前的 PCB 表面采用了喷锡工艺（HASL），其外部铜箔由锡铅保护。然而，随着无铅工艺的发展，含铜或银的材料被用于PCB制造、焊接和电镀。一旦在焊接过程中润湿达不到等级，就会有一些铜或银暴露在空气中，当环境因潮湿的影响而变坏时，爬行腐蚀的风险就会大大增加。

锡须

锡须是专业人士主要关心的问题。通过大量基于锡须产生的化学和物理参数的研究，专家指出，含锡的合金在高温高湿的作用下会与其他金属一起扩散，这将有助于金属间化合物（IMC）的形成。

在这种情况下，随着锡层电压应力的快速增加，锡离子沿晶界扩散，形成锡晶须，增加短路风险。所以在回流焊过程中，当锡合金凝固时，锡膏中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，导致大量锡晶须的产生。此外，锡须容易受到离子污染程度的影响。

污染物分类

PCB焊接后的残留物根据化学性质，主要分为以下三类：

极性污染物，主要为卤素活化剂、手汗中的盐分、酸等。

非极性污染物，主要为松香、树脂、油脂等

物理颗粒污染物，主要是灰尘、反应性产物（不溶物）、焊锡小球等。