助焊劑殘留對電子器件腐蝕的影響-深圳福英達(dá)
助焊劑殘留對電子器件腐蝕的影響
隨著電子器件的微型化發(fā)展，腐蝕可靠性已成為當(dāng)今電子設(shè)備的一個(gè)嚴(yán)重問題。PCBA 表面的殘留物是加速腐蝕的關(guān)鍵因素，這些殘留物往往來自錫膏中的助焊劑，助焊劑中的非揮發(fā)性和活化化合物含量高，可以提高助焊性能，有利于形成優(yōu)良的焊點(diǎn)，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較多的焊劑殘留物造成化學(xué)腐蝕。
圖1. 助焊劑殘留導(dǎo)致的腐蝕
目前市面上使用的助焊劑通常是松香基、水溶性或免洗助焊劑。松香基和水溶性助焊劑需要在焊接后進(jìn)行清潔處理。免清洗助焊劑通常會(huì)使用弱有機(jī)弱酸（WOA）作為活化劑，包括戊二酸，琥珀酸和己二酸這些酸性成分。免洗助焊劑一般原則是假設(shè)焊接后不會(huì)留下有害的助焊劑殘留物，因?yàn)橹竸?huì)在焊接過程中的熱暴露過程中完全揮發(fā)。但如果沒有進(jìn)行清潔，仍有可能產(chǎn)生侵蝕性助焊劑殘留。
為了研究助焊劑殘留對電子器件腐蝕的影響，Jellese等人通過使用免清洗助焊劑在波峰焊不同焊接條件下進(jìn)行研究，使用了X射線熒光光譜儀（XRF）來研究助焊劑殘留物的分解產(chǎn)物與溫度的關(guān)系； TGA 用于研究助焊劑的分解和相應(yīng)的重量變化隨溫度的變化以及離子色譜法（IC）來量化助焊劑的殘留物中的離子殘留物。
圖2給出了按重量百分比測量的助焊劑殘留與溫度的函數(shù)關(guān)系。結(jié)果表明在焊接溫度低于170°C時(shí)，殘留物的量明顯高于焊接溫度為250°C時(shí)。在 250 oC 時(shí)觀察到仍有0.5wt% 的初始助焊劑量殘留。
圖2.加熱到不同溫度后的助焊劑殘留量
作為參考，Jellese等人還對免洗助焊劑中的活性劑成分己二酸進(jìn)行了 TGA 實(shí)驗(yàn)，得出的 TGA 曲線如圖3所示。黑色曲線代表低加熱速率，紅色曲線代表高加熱速率。結(jié)果顯示與較慢的加熱速率相比，較高的加熱速率意味著在相同溫度下會(huì)留下更多殘留物。到 250 oC 觀察到己二酸的大量揮發(fā)和轉(zhuǎn)化，此時(shí)酸度明顯下降，但即使在這一溫度下，殘?jiān)腥杂屑憾岽嬖诘拿黠@跡象。
圖3. 試劑級(jí)己二酸的 TGA 曲線
使用 IC 對暴露于不同溫度后的己二酸進(jìn)行了定量分析（圖4）。結(jié)果表明，即使在 235?C 時(shí)，己二酸仍然存在。在300 oC 時(shí)，己二酸的含量極少。
圖4. 己二酸暴露于不同溫度后的 IC 分析
圖5顯示了 0.2 克助焊劑加熱到不同溫度后溶解在3 毫升去離子水中的泄漏電流值。正如預(yù)期的那樣，泄漏電流水平隨著溶解殘?jiān)康脑黾佣档汀Ｔ?00-250 oC 范圍內(nèi)，曲線顯示泄漏電流水平顯著下降，表明在該溫度區(qū)域內(nèi)加熱殘留物發(fā)生了顯著變化。在加熱溫度為 250 oC 時(shí)，加熱殘留物溶液的泄漏電流值比剛蒸發(fā)的殘留物溶液幾乎小一個(gè)數(shù)量級(jí)。
圖5.含有助焊劑殘留物的溶液中的泄漏電流
免清洗焊劑不一定能保證電子產(chǎn)品的可靠性，所以在極端情況下對電路板進(jìn)行清洗或使用其他類型的焊劑可能是更好的選擇。在焊接前后也要對印刷電路板進(jìn)行清潔度測試，未焊接的印刷電路板上的污染往往會(huì)加劇助焊劑殘留的問題。
Hansen， KS， Jellesen， MS， Moller， P.， Westermann， PJS， & Ambat， R. (2009). Effect of Solder Flux Residues on Corrosion of Electronics. doi：10.1109/rams.2009.4914727
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