一、PCBA的污染
污染物的定义为任何使PCBA的化学、物理或电气性能降低到不合格水平的表面沉积物、杂质、夹渣以及被吸附物。主要有以下几个方面:
1、PCBA在生产制造过程中,需使用锡膏、焊料、焊锡丝等来进行焊接,其中的助焊剂在焊接过程中会产生残留物在PCBA板面上形成污染,是主要的污染物。
2、工作场地的尘埃,水及溶剂的蒸气、烟雾、微小颗粒有机物,以及静电引起的带电粒子附着于PCBA的污染。
3、手工焊接过程中会产生的手印记,波峰焊焊接过程会产生一些波峰焊爪脚印记和焊接托盘(治具)印记,其PCBA表面也可能存在不同程度的其它类型的污染物,如堵孔胶,高温胶带的残留胶,手迹和飞尘等。
4、构成PCBA的元器件、PCB的本身污染或氧化等都会带来PCBA板面污染。
在焊接过程中,由于金属在加热的情况下会产生一薄层氧化膜,这将阻碍焊锡的浸润,影响焊接点合金的形成,容易出现虚焊、假焊现象。助焊剂具有脱氧的功能,它可以去掉焊盘和元器件的氧化膜,保证焊接过程顺利进行。所以,在焊接过程中需要助焊剂,助焊剂在焊接过程中对于良好焊点的形成,足够的镀通孔填充率起着至关重要的作用。
焊接中助焊剂的作用是清除PCB板焊接表面上的氧化物使金属表面达到必要的清洁度,破坏融锡表面张力,防止焊接时焊料和焊接表面再度氧化、增加其扩散力,有助于热量传递到焊接区。助焊剂的主要成分是有机酸、树脂以及其他成分。高温和复杂的化学反应过程改变了助焊剂残留物的结构。残留物往往是多聚物、卤化物、同锡铅反应产生的金属盐,它们有较强的吸附性能,而溶解性极差,更难清洗。
二、污染的危害
污染可能直接或间接引起PCBA潜在的风险,诸如残留物中的有机酸可能对PCBA造成腐蚀;残留物中的电离子在通电过程中,因为两焊盘之间电势差的存在会造成电子的移动,就有可能形成短路,使产品失效;残留物会影响涂覆效果,会造成不能涂敷或涂覆不良的问题;也可能暂时发现不了,经过时间和环境温度的变化,出现涂层龟裂、翘皮,从而引起可靠性问题。
腐蚀
经电子探针分析,发现焊点表面除了碳氧及铅锡成分外,还有检测到超出正常情况含量的卤素(Cl)。这种卤素离子的作用,在空气与水分的帮助下,对焊点形成循环腐蚀,最终在焊点表面及周边形成白色多孔的碳酸铅,失效部位的焊点已经发白变色且多孔。如果PCBA组装时由于使用了铁底材底引线脚底元器件,铁底材由于缺乏焊料底覆盖,在卤素离子以及水分的腐蚀下很快产生Fe3+,使板面发红。另外,在潮湿环境下,具有酸性的离子污染物还可以直接腐蚀铜引线、焊点及元器件,导致电气失效电迁移。
如果在PCBA表面有离子污染存在,极易发生电迁移现象,出现离子化金属向相反电极间移动,并在反向端还原成原来的金属而出现树枝状现象称为树枝状分布(树突、枝晶、锡须),枝晶的生长有可能造成电路局部短路。
如果PCBA上使用了含银的焊料,在银腐蚀成银离子后,电迁移更易发生,电迁移失效的PCBA在进行必要的清洗后功能常常恢复正常。
电接触不良
在PCBA的组装工艺中,一些树脂比如松香类残留物常常会污染金手指或其它接插件,在PCBA工作发热时或炎热气候下,残留物会产生粘性,易于吸附灰尘或杂质,引起接触电阻增大甚至开路失效。BGA焊点中PCB面焊盘镍层存在腐蚀以及镍层表面富磷层的存在降低了焊点与焊盘的机械结合强度,当受到正常应力作用时发生开裂,造成电接触失效。