錫膏有什么特點(diǎn): 焊后殘留物和濕度的關(guān)系
錫膏有什么特點(diǎn): 焊后殘留物和濕度的關(guān)系
由于電子元件制造過程設(shè)計(jì)和用戶使用需求等多種因素的影響，電子設(shè)備在不同環(huán)境下的可靠性問題現(xiàn)在備受關(guān)注。助焊劑是組成無鉛錫膏的重要成分之一。由于助焊劑的活化劑成分含有有機(jī)酸等酸性物質(zhì)，在焊接后帶來腐蝕性問題，極大影響元件可靠性。弱有機(jī)酸如羧酸是較為常用的，帶有極性官能團(tuán)，對(duì)水具有很高的親和性。在回流焊接過程中受到高溫作用后大部分有機(jī)酸會(huì)分解，但仍有少量殘留在PCBA組件的下方。在老化時(shí)容易吸收環(huán)境中的水分并生成腐蝕性物質(zhì)。本文主要分析環(huán)境濕度對(duì)腐蝕性殘留物生成的影響。
無鉛錫膏酸性殘留物的吸潮性使其暴露在潮濕環(huán)境下容易在電路板表面生成一層很厚的酸性水膜。該水膜具有高導(dǎo)電性，致使焊接處發(fā)生漏電概率大大提高，并導(dǎo)致電路板被腐蝕。針對(duì)環(huán)境濕度對(duì)腐蝕性殘留物生成的影響，Piotrowska等人使用酸度指示凝膠進(jìn)行試驗(yàn)，觀察回流焊接后焊盤在不同濕度(60%RH和99%RH)和溫度(25°C, 40°C和60°C)下活化劑的演變。測(cè)試錫膏的特性如表1所示。
表1. 三種實(shí)驗(yàn)無鉛錫膏特性 (Piotrowska et al, 2021)
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
剛完成焊接后
酸度指示凝膠能夠與酸反應(yīng)并變紅，因此可以用于判斷是否產(chǎn)生酸性腐蝕物質(zhì)。圖1表明了三種無鉛錫膏剛完成焊接后的酸性指示情況。SP2已經(jīng)可以觀察到細(xì)微的紅色著色(箭頭方向)，但是由于剛完成焊接，酸性殘留物仍然很少。
圖1. 剛完成焊接后的酸性指示情況。(a) SP1; (b) SP2; (c) SP3.
低濕度下溫度的影響
在放置14天后，無鉛錫膏SP2（b1-b3）從外觀可以明顯看到紅色區(qū)域大量增加。此外，在60%RH較低的濕度情況下，環(huán)境溫度和放置時(shí)間并不會(huì)對(duì)焊點(diǎn)周圍殘留物數(shù)量起到明顯影響。
圖2. 濕度恒定為60%RH時(shí)，錫膏溫度和殘留物的關(guān)系。(a) SP1; (b) SP2; (c) SP3. (1) 25℃; (2) 40 °C; (3) 60 °C.
高濕度下溫度的影響
由圖3可以發(fā)現(xiàn)，在放置了14天后，三種無鉛錫膏都出現(xiàn)了殘留物快速生成的問題。可以判斷出濕度會(huì)加速殘留物的出現(xiàn)。在高濕度條件下，殘留物膜會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，酸性物質(zhì)會(huì)發(fā)生演變 (圖4)。并且高環(huán)境溫度對(duì)殘留物演變作用開始變得明顯。更高的溫度會(huì)造成更明顯的殘留物膜開裂。
圖3. 濕度恒定為99%RH時(shí)，錫膏溫度和殘留物的關(guān)系。(a) SP1; (b) SP2; (c) SP3。 (1) 25℃; (2) 40 °C; (3) 60 °C。
圖4. 濕度恒定為99%RH時(shí)殘留物膜的變化。(a) SP1; (b) SP2; (c) SP3. (1) 25℃; (2) 40 °C; (3) 60 °C。
結(jié)論
濕度低的情況下腐蝕性殘留物生成較少。相反地，高濕度下殘留物較多。因此，高濕度環(huán)境是腐蝕性殘留物形成的主導(dǎo)因素。在此前提下,溫度的影響變得更加直觀。
參考文獻(xiàn)
Piotrowska, K., Li, F. & Ambat, R. (2021), “Transformation of reflow solder flux residue under humid conditions”, Microelectronics Reliability, vol.(123).
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