PCB爬行腐蝕現(xiàn)象介紹-深圳福英達(dá)
PCB爬行腐蝕現(xiàn)象介紹
爬行腐蝕是一種電路表面的腐蝕現(xiàn)象，它是由環(huán)境中的硫化物或氯化物等腐蝕性氣體與裸露的銅接觸反應(yīng)而產(chǎn)生的。爬行腐蝕的特點(diǎn)是固體腐蝕物沿著電路與阻焊層或封裝材料的表面遷移生長，形成一種類似蜘蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致相鄰的焊盤或電路之間發(fā)生電氣短路或阻抗變化，影響電子產(chǎn)品的性能和可靠性。爬行腐蝕的發(fā)生源于裸露的Cu面上。在含有硫物質(zhì)的環(huán)境中，銅表面會生成大量黑色的銅硫化物，并在銅表面及其周圍擴(kuò)散和積聚。
圖1.通孔焊盤上的爬行腐蝕（左）和放大圖（右）
銅的氧化物不溶于水，然而銅的硫化物和氯化物卻可溶于水，并在濃度梯度的作用下具有高表面流動性。生成物會從高濃度區(qū)域擴(kuò)散至低濃度區(qū)域。硫化物表現(xiàn)出半導(dǎo)體性質(zhì)，不會立即導(dǎo)致短路，但隨著硫化物濃度的增加，其危害逐漸顯現(xiàn)，最終導(dǎo)致短路失效。
此外，腐蝕產(chǎn)物的電阻值會隨著溫度變化而急劇變化，可以從10MΩ下降到1Ω。濕氣（水膜）會加速爬行腐蝕過程：硫化物（如硫酸、二氧化硫）溶于水會生成弱酸，弱酸會造成硫化銅的分解，迫使清潔的Cu面露出來，從而繼續(xù)發(fā)生腐蝕。顯然濕度的增加會加速這一腐蝕的過程。這種腐蝕發(fā)生的速度很快，一些PCB單板甚至在一年內(nèi)就可能失效。
大氣環(huán)境：作為大氣環(huán)境中促進(jìn)電子設(shè)備腐蝕的元素和氣體，被列舉的有：SO2、NO2、H2S、O2、HCI、Cl2、NH3等，腐蝕性氣體成分的室內(nèi)濃度、蓄積速度、發(fā)生源、影響和容易受影響的材料及容許濃度如表所示。上述氣體一溶于水中，就容易形成腐蝕性的酸和鹽。
表1.腐蝕性氣體成分的室內(nèi)濃度、蓄積速度、發(fā)生源、影響及容易受影響的材料及容許濃度
濕度：根據(jù)爬行腐蝕的溶解/擴(kuò)散/沉積機(jī)理，濕度的增加會加速硫化腐蝕的發(fā)生。據(jù)Ping Zhao等人研究，爬行腐蝕的速率與濕度呈指數(shù)關(guān)系。Carig Hillman 等人在混合氣體實(shí)驗(yàn)表明，隨著相對濕度的上升，腐蝕速率急劇增加，呈拋物線狀。以Cu為例，當(dāng)濕度從60%RH增加到80%時，其腐蝕速率后者為前者的3.6倍。
焊接工序：焊接工序也是一個重要的影響因素。回流焊的熱沖擊可能導(dǎo)致綠油局部微小剝離，或破壞某些表面處理（如OSP），增加電子產(chǎn)品暴露銅的風(fēng)險，從而提高爬行腐蝕的可能性。
PCB基材和鍍層材料：PCB基材和鍍層材料的選擇也對爬行腐蝕有顯著影響。研究表明，在Au/Pd/SnPb三種鍍層結(jié)構(gòu)下，黃銅的抗爬行腐蝕能力最好，CuNi最差；SnPb表面處理是最不容易腐蝕的，而Au、Pd表面上的腐蝕產(chǎn)物爬行距離最長。Alcatel-Lucent的研究發(fā)現(xiàn)，各種表面處理的抗腐蝕能力排序?yàn)镮mSn~HASL>>ENIG>OSP>ImAg?；瘜W(xué)銀本身不會導(dǎo)致爬行腐蝕，但在其表面處理中發(fā)生的概率較高，因?yàn)榛瘜W(xué)銀的PCB露銅或表面微孔更為嚴(yán)重，使裸露的銅更容易受腐蝕。
采用三防涂敷，即在電路表面涂上一層保護(hù)膜，隔絕外界的腐蝕性氣體；
設(shè)計(jì)和工藝上要減少PCB和元器件的露銅概率，選擇抗腐蝕能力較強(qiáng)的表面處理工藝，如無鉛熱風(fēng)整平、浸錫等，避免使用化學(xué)銀、有機(jī)焊料防護(hù)等；
組裝過程要盡量減少熱沖擊和污染離子殘留，選擇合適的助焊劑，并進(jìn)行有效的清洗；
整機(jī)設(shè)計(jì)要加強(qiáng)溫度和濕度的控制，避免水膜的形成和腐蝕物的溶解；
機(jī)房選址要避開明顯的硫污染，如工業(yè)區(qū)、火山區(qū)、沼澤地等。
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