免洗錫膏的特點(1): 殘留物腐蝕性機(jī)理分析
免洗錫膏的特點(1): 殘留物腐蝕性機(jī)理分析
為了滿足普通用戶對電子器件日益增長的使用要求，元件內(nèi)部芯片數(shù)量變得越來越高并且芯片體積小型化。然而小型電子封裝清洗困難，誕生了免洗錫膏。免洗錫膏的助焊劑成分含有弱有機(jī)酸如羧酸，能夠起到去除焊盤氧化層的作用，只會留下少量酸性離子殘留物。免洗錫膏的焊后殘留物雖少，但對于某些高精密器件仍不可忽視。因此，免洗錫膏的殘留物腐蝕性仍舊是熱議問題。
1. 殘留物為何具有腐蝕性
市面上經(jīng)常采用羧酸作為助焊劑活化劑成分。羧酸是一種弱有機(jī)酸，會與氧化銅發(fā)生酸堿反應(yīng)從而還原氧化銅。有機(jī)酸往往帶有極性官能團(tuán)，容易與與環(huán)境中的水分結(jié)合并生成酸性溶液，因此會對PCB起到腐蝕效果。
圖1. 羧酸和氧化銅的反應(yīng)方程式。
在松香基免洗錫膏中，除了羧酸外，還添加了松香樹脂以防止焊接表面再次氧化。然而，樹脂在焊后是不會揮發(fā)的，因而會留下較多的固體酸性磷酸鹽作為離子殘留物。為了避免留下固體殘留物，有些廠家采用無樹脂免洗錫膏。但如果羧酸未能完全與金屬氧化物反應(yīng)，殘留的未反應(yīng)羧酸在高溫下會脫水并形成酸酐，隨后酸酐又轉(zhuǎn)化成羧酸和水。酸酐具有很強(qiáng)的吸濕性。因此容易形成很較厚的水導(dǎo)電層，增加了PCB漏電的可能性。
2. 影響弱有機(jī)酸腐蝕性的因素
2.1 溶解度
有機(jī)酸溶解度越高則更容易與水發(fā)生相互作用并生成更多的離子殘留物。含有較高分子量、較少極性官能團(tuán)和偶數(shù)碳原子的弱有機(jī)酸的溶解度最小，因此采用了弱有機(jī)酸的免洗錫膏殘留物最少 (Wakeel et al., 2021)。
2.2 潮解/風(fēng)化相對濕度
潮解相對濕度和風(fēng)化相對濕度很大程度影響了有機(jī)酸的吸濕能力 (Wakeel et al., 2021)。對于更低的潮解和風(fēng)化相對濕度，有機(jī)酸比如羧酸鹽會更早的吸收水分并形成導(dǎo)電層，從而增加了PCBA的導(dǎo)電性。例如，DL-蘋果酸的潮解和風(fēng)化相對濕度低于琥珀酸，經(jīng)過分析知道DL蘋果酸更早吸收水分 (Piotrowska et al., 2018)。同時，低風(fēng)化相對濕度使羧酸鹽轉(zhuǎn)化為固體的速度更快，這將導(dǎo)致PCBA的漏電增加。
2.3 官能團(tuán)數(shù)量和分子鏈長度
弱有機(jī)酸的官能團(tuán)增加會促進(jìn)與水分子的相互作用，從而增強(qiáng)了有機(jī)酸的吸濕性。此外，官能團(tuán)之間的距離也決定酸的極性。官能團(tuán)之間的距離越小，水越容易停留，吸濕能力越強(qiáng)。因此殘留物帶有更強(qiáng)酸性。Piotrowska等人觀察到，與亞油酸、己二酸、琥珀酸和戊二酸相比，使用棕櫚酸配方的免洗錫膏腐蝕性最弱。這是因為棕櫚酸的羧基最少，鏈長最長。
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參考文獻(xiàn)
Piotrowska, K., Din, R.U., Grumsen, F.B., Jellesen, M.S. & Ambat R. (2018). “Parametric study of solder flux hygroscopicity: impact of weak organic acids on water layer formation and corrosion of electronics”, J. Electron. Mater., vol.47 (7), pp. 4190-4207.
Wakeel, S., Haseeb, A.S.M.A., Afifi, M.A., Bingol, S. & Hoon, K.L. (2021). “Constituents and performance of no-clean flux for electronic solder”. Microelectronics Reliability, vol.123.
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