残留物与PCBA的可靠性

残留物与PCBA的可靠性目录一：残留物的简介二：残留物的形成与类型三：残留物对PCBA可靠性的影响四：残留物的控制一：残留物的简介•在电子制造组装时PCBA上会出现一些残留物，而在残留物中，无机残留物会减小绝缘电阻，增加焊点或导线间的漏电流，在潮湿空气条件下会使金属表面腐蚀•有机残留物（如松香、油脂等）会形成绝缘膜，这会防碍连接器、开关、继电器等的接触表面之间的电接触，这些影响会随环境条件的变化及时间延长会加剧，引起接触不良甚至开路失效。•因此，为了PCBA的可靠性和质量，必须严格控制残留物的存在，必要时必须彻底清除这些污染物，首先介绍残留物的来源、分析方法，然后详细分析残留物对PCBA可靠性的影响并提出残留物的控制措施与方法。二：残留物的形成及类型•PCBA上残留物主要来源于组装工艺过程，特别是焊接工艺过程，如使用的助焊剂残留物，焊剂与焊料的反应副产物，胶粘剂、润滑油等残留•其他一些来源的潜在危害性相对较小，比如元器件及PCB本身生产运输等带来的污染物、汗渍等，这些残留物一般可以分为三大类：•一类是非极性残留物，主要包括松香、树脂、胶、润滑油等，这些残留物只能用非极性溶剂进行清洗方可较好地除去•第二类是极性残留物，也叫离子性残留物，主要包括焊剂中地活性物质，如卤素离子、各种反应产生地盐类，这些残留物需要较好地除尽，必须使用极性溶剂，如水、甲醇等•第三类为弱极性地残留物，主要包括来自焊剂中的有机酸碱，这些物质的去除要获得良好地效果，则必须使用复合溶剂，下面具体地介绍残留物的基本类别：1.松香焊剂地残留物•含有松香或改性树脂的焊剂，主要是有非极性的松香树脂及少量的卤化物与有机酸，有机溶剂载体组成，有机溶剂在工艺过程中会因高温而挥发除去•卤化物有机酸等活性物质主要是去除被焊表面的氧化层，改进焊接效果，但是在焊接中，复杂的化学反应过程改变了残留物的结构，产物可以是未反应的松香、聚合松香、分解的活性剂以及卤化物等活性剂同锡铅的反应产生金属盐，（无铅的也时有发生，但到目前还不清楚是与何种金属生成），未发生变化的松香及活性剂比较易于除去，但具有潜在危害的反应物清除比较困难2.有机酸焊剂残留物•有机酸焊剂一般是指焊剂中的固体部分是以有机酸为主的焊剂，这类焊剂的残留物主要是未反应的有机酸，如乙二酸、丁二酸等以及其金属盐类•现在市场上绝大多数所谓的无色免清洗助焊剂就是这一类，它主要由多元有机酸组成，也包括常温下无卤素离子，而焊接高温时可以产生卤素离子的化合物，有时也包括极少量的极性树脂•这类残留物中，最难除去的就是有机酸与焊料形成的盐类，它们有较强的吸附性能，而溶解性极差，当PCBA的组装工艺使用水溶性焊剂时，更大量这类残留物及卤化物盐类会产生，但由于及时的水性清洗，这类残留物可以得到很大程度的降低3.白色残留物•白色残留物在PCBA上是常见的污染物，一般是在PCBA清洗后或组装一段时间后才发现。PCB到PCBA的制造过程的许多方面均可以引起白色残留物•而PCBA的白色污染物，一般多为焊剂的副产物，但PCB的质量不良，如阻焊漆的吸附性太强，会增加白色残留物产生的机会•常见的白色残留物是聚合松香，未反应的活化剂以及焊剂与焊料的反应生成物氯化铅或溴化物等，这些物质在吸潮后，体积膨胀，部分物质还与水发生水合反应，白色残留日趋明显，这些残留物吸附在PCB上除去异常困难•天然松香在焊接工艺中易产生大量的聚合反应，若过热或高温时间长，出问题更严重，从焊接工艺前后的PCB表面的松香及残留物的红外光谱分析结果证实这一过程4.胶粘剂及油污染•PCBA的组装工艺中，常会使用到一些黄胶与红胶之类，这些胶用于固定元器件，但由于工艺检测的原因，常常粘污了电连接部位，此外焊盘保护胶带撕离后的残留物会严重影响电连接性能•另外，部分元件，如小型电位器常涂有过多的润滑油，也会污染PCBA板面，这类污染的残留，经常是绝缘的，主要影响电连接性能，一般不会造成腐蚀，漏电等失效问题。三：残留物对PCBA可靠性的影响•过多的残留物除了影响PCBA的外观外，更重要的是造成功能失效，因此，残留物对PCBA的可靠性可能造成影响是足够严重的，另外，残留物的类型不同对PCBA的影响程度与方式都不一样•树脂性残留物主要会引起接触电阻增大，甚至引起开路，而离子性残留物除了会引起绝缘性能下降外，还会引起PCBA的腐蚀，引起开路或短路，使整个PCBA失效1.残留物造成对PCBA的腐蚀•经电子探针分析，发现焊点表面除了碳氧及焊锡成份外，还有检测到超出正常情况含量的卤素（CI），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物（无铅到目前还不了解其与何种金属生成碳酸物）。残留离子还可以在PCB的阻焊漆产生微裂纹时腐蚀PCB上的导线2.引起PCBA电迁移•在PCBA组装成整机，使用一定时间后，特别是在南方的湿热环境下，如果在PCBA表面有离子存在，极易发生电迁移现象，即在PCBA工作时焊点（盘）间有电场，有水分，离子就会形成定向迁移，最后形成电流通道，造成绝缘性下降•最常见的例子就是不少显示器或电视机在开机时图象模糊或延迟，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在进行必要的清洁后功能常常恢复正常3.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始失效，这就是不少通讯设备（如交换机）和高电压房设备需要定期清洁保养的缘故。四.PCBA上残留物的控制•通过对PCBA的残留物来源以及残留物可能对PCBA产生的可靠性问题的分析，总结出控制PCB残留物的提高其清洁度的基本方法。1.控制PCB及元器件清洁度•来料PCB与元器件应保证表面无明显污染物，元器件表面的污染物也会因工艺原因带到PCB上，一般PCB的离子污染应控制在1.56mgNaCI/cm²以下，元器件在保持可焊性的同时，要保证同样的清洁度要求。2.防止PCBA转移过程污染•组装好的PCBA随意堆放，车间环境差，抽风设备运转不正常，人员赤手空拳行事，及易引起PCBA板面的污染，汗渍污染却不可避免，因此，必须采取必要的措施，保证作业条件必要的清洁度要求。3.焊料焊剂的选择•主要包括助焊剂与线路板预涂层的选用，理想的焊剂在工艺中由于预热及焊接热，还有锡波的清洗，会使焊剂中的活性物质得到充分地利用，将清洁度保持到最佳•此外，SMT使用的锡膏也一样，部分焊膏的残留物极多，而且去除极难，因此选用非常重要，最好从通过检测的产品中选择进行必要的工艺实验，后再确定。4.加强工艺控制•PCBA的主要残留物来自焊剂，因此在保证焊接质量的条件下，尽可能提高焊接时的预热及焊接温度，以及必要的焊接时间，便尽可能多的离子残留会随高温分解或挥发，从而得到清洁的PCBA。•此外，锡波的清洗就需要注意锡波的流动性，其他控制措施，比如采用防潮树脂保护PCBA的表面，间接地防止或降低离子残留物的影响，这也不失一个好办法。5.使用清洁工艺•目前，绝大部分的PCBA的离子污染在清洗前难达到小于1.56mgNaCI/cm²，要求高的PCBA，必须经过严格的清洗工序，清洗时既要针对松香和树脂，又要针对离子性的残留，根据化学上的相似相溶原理清洗•清洗就是残留物的溶解过程，因此必须使用极性与非极性的混合溶剂，才能有效的去除PCBA的残留，目前由于环保呼声的膨胀，许多性能好的溶剂不能使用，必须选用清洁工艺时，又不能对环境造成新的污染，这对我们来说，确实不是一件容易的事。•谢谢大家的参与！！！