IPC CH-65B CHINESE.pdf - 第86页

当在有限空间互联数量增加时，助焊剂残留能使导体桥接。助焊剂残留的导体桥接为离子的持续运动创造了一条路径，这些离子是由于导体电子和扩散金属原子之间的动量的转移形成的。 28 呈现在助焊剂残留中的金属粒子在器件加电时能通过助焊剂残留传播。加热能加速传播。当电子和集成电路结构尺寸减少时，电迁移…

7.4.1.6 焊料合⾦的影响：锡铅与锡银铜焊料合金和焊接过程代表两个相互作用的因素，决定了

ECM的敏感性。锡铅焊接的PCB可靠性比锡银铜焊接的PCB好。用锡铅进行再流焊接的PCB表面绝

缘电阻通常显示随着表面绝缘电阻的增加而逐渐稳定的趋势。相反，用锡银铜焊料进行再流焊接的

PCB显示了随着表面绝缘电阻的稳定或者增加

而持续下降的趋势。

7.4.1.7 阻焊膜的影响阻焊膜是一个薄的、耐热的聚合物层，通常用于PCB在焊接过程限制可浸湿

的区域。

它阻止焊锡沉积到非期望的区域例如铜金属化线条之间的区域。然而，阻焊膜需要正确地

处理和清洗，因为阻焊膜本身含有离子残留。阻焊膜控制外层阻抗而且保护PCB在焊接过程中免受

损坏。有阻焊膜的板可以保护内层铜线并且帮助阻止线间离子迁移。阻焊膜材料改善化学的、热的

和潮湿的抵抗。当没有阻焊膜时，助焊剂有力地粘在铜线边缘，减少了非导电

间距。随着导线间距

的减小，助焊剂中的弱有机酸，例如脂肪酸和己二酸，由于它们的结晶特性是更有可能建立一个持

续的导电泄露路径。

不正确地固化阻焊膜被发现有助于加重电化学失效，尤其对免清洗组装制造工艺过程。阻焊膜固化

不完全，是很难被察觉的，是相对多孔而且会吸收后续工序化学物质进入和掩膜接触[参考

]。化学

过程包括阻焊膜蚀刻和溶剂显影、最终表面化学电镀处理和助焊剂。阻焊膜固化不充分也能吸收

OEM组装过程中的化学物质。被吸收到阻焊膜的残留是很难以一种成本有效的方法去除。对于裸板

供应商监测用于固化阻焊膜的紫外线辐射力是很关键的。

如果电路组件的离子检测显示出高水平的铵或者钾，则说明在阻焊膜成像和显影时，要么阻焊膜固

化有问题

，要么是有非常差的冲洗问题。阻焊膜显影的化学过程经常以铵和钾盐为基础的。另外一

个迹象表明阻焊膜固化不充分的是萃取阻焊膜的色素进入到离子检测萃取液中。着色的颜料从正确

的固化的阻焊膜中不应该是可萃取的。

阻焊膜不充分固化问题对很多3级OEM来说是很关键的，因为当已经投入大量的时间和

金钱在组装上

时，它很难在产品最终老化测试前被察觉到。已经吸收的残留通过溶剂电阻率测试是检测不到的，

除非是显而易见的情况下。即使是更严格的光谱分析或许也找不到这个问题。Paul

的一个案例研究

化学过程被吸收进阻焊膜，然后在热风焊接过程中被“密封”。传统的离子污染测试方法没发现这个

情况。当组件进入再流焊接过程时，使阻焊膜在玻璃转化（T

）温度之上，污染物被自由地释放到

膜外，导致大量的电化学失效。

一个用于测试残留吸收的方法是使用“加热控制”。如果电路板被暴露在OEM再流焊接过程，但上

面没有元器件而且也没有暴露在过程化学品中，热控制的离子测试能与非热控制的离子测试对比。

这种检测最好的是用离子色谱分析法。如果在热和非热的样品之间仅有很小的差别，那么吸收材料

风险更低。如果残留里的差异是明显的，那么或许有阻焊膜固化问题并且应该考虑裸板问题。

7.4.1.8 控制ECM 控制EMC的主要方法是通过积极控制板级的清洁度，尤其是卤化物，例如溴化

物和氯化物。敷形涂覆广泛地用于保护板和元器件免受环境影响。控制环境免受气态污染也同样重

要，因为空气污染物也能导致ECM失

效。由于元器件引脚间距尺寸在减小，无引脚封装的使用在增

加，而且高密度高阻抗设计越来越普遍。因此，可以预料ECM的发生频率在增加。

采取正当的清洁措施，树枝状生长能被消除。怎样清洁才算干净就会因为电路板和元器件的引脚间

距减小而变得更难以定义。间距的减小也增加了电磁场，这是树枝状生长的主要驱动力。

7.4.2 电迁移当半导体封装内的互连导体通过电子移向金属导体使空间变得更紧密时，电迁移就

会发生。

电子的运动是从阴极（负电荷）流向阳极（正电荷）。当电子的动量被转移到附近一个活

跃的离子时，中断或者间隙就能在导体中形成，阻止了电流流过导致开路的产生。

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当在有限空间互联数量增加时，助焊剂残留能使导体桥接。助焊剂残留的导体桥接为离子的持续运

动创造了一条路径，这些离子是由于导体电子和扩散金属原子之间的动量的转移形成的。

呈现在助

焊剂残留中的金属粒子在器件加电时能通过助焊剂残留传播。加热能加速传播。

当电子和集成电路结构尺寸减少时，电迁移的风险增加。

电迁移能导致一个或者多个连接的最终断

开和间断性失效。随着小型化出现，电路电源和电流密度在增加，失效的可能性也在增加。为了解

决这个问题，封装者除去了在片式器件底部和其它集成电路封装上的助焊剂残留。

7.5 蠕变腐蚀在环境中含非正常水平的硫或者其它污染的气体时，PCB板蠕变腐蚀呈现增加的现

象。硫元素被职业健康限制列为一个有害粉尘，在工

作环境中允许以百万分之（ppm）水平存在。硫

以PPM水平可以在2个月内使计算机系统失效。平整的板面，例如浸银和铜上敷OSP，尤其容易受到

这类腐蚀。

蠕变腐蚀不需要有电势发生，是不同于电化学迁移的。

蠕变腐蚀能发生在任何表面处理上。和电化学迁移类似，蠕变腐蚀需要污染源和湿度。

蠕变不同于

ECM，这种腐蚀不需要电磁场，但只要有空气污染时就会发生，尤其有硫存在时。如果一个电路板

被暴露在含丰富的硫污染物潮湿的环境中，蠕变腐蚀就会产生。

空气污染物中的硫和银、铜发生反

应变成银和铜的硫化物。这些污染物在各个方向均等地生长。

蠕变腐蚀能使很细的电路线开路，同时当腐蚀蠕变穿过导体时也会产生电气短路。

当空气污染物增

加、电路保护减少和微型化三个因素交叉作用时，腐蚀失效率会增加。这个问题的严重性因材料的

低强度和更多的相互作用机会而产生。在这个极端腐蚀机理下，表面处理被腐蚀。腐蚀的离子形成

铜盐。电解水能带着导电盐穿过导体。随着热的产生，干电解质留下一个结晶盐。如果更多的湿度

会接触到电路，这样的循环往复，

就形成了结晶沉积环。

7.5.1 蠕变腐蚀和微型化电路板外形尺寸的减小和元器件的微型化提高了硬件性能却增加了腐蚀

的风险。在离子成分中空气污染是普遍比较高的，例如氯盐。

由于IT数据中心的硬件失效，对蠕变腐蚀的关注在增加。由于晶体管尺寸的减小和完成指定任务的

所需要传输的电信号距离变小，计算机性能改进变得可能。

封装体密度的增加与电子元器件微型化

的结合，在硬件可靠性方面增加了不利影响的风险。由于：

• 增加每单位体积的热负荷，就要求增加空气流量以维持硬件在可接受温度范围内。

• 增加的空气流量使电子暴露到空气污染物中。

•高密度封装并不总是允许元器件密封不透气。

•降低印制电路板间的间距，增加

了离子迁移的可能性。

• 元器件外形接近腐蚀产品尺寸，更容易给腐蚀带来副作用。

蠕变腐蚀失效经常发生在工业控制电子和航天领域，这些领域周围空气含高含量的污染物气体。当

在设计电子组装产品时，了解终端用户环境是很关键的。

7.5.2 蠕变腐蚀和PCB表⾯处理印制电路板表面有导电层，比较典型的是由薄的铜箔制成。铜是

一种比较活跃的金属，很容易在大气环境下氧化。

传统的被暴露在PCB表面的铜用热风整平

（HASL）工艺镀上锡铅。限制和减少铅的使用，减少了HASL的使用。

当今，由于平坦的板面使用的增加，蠕变腐蚀越来越普遍。热风整平板面的锡铅保护着底层的铜免

于暴露在大气条件下。过渡到无铅焊接、低外形元器件、制造缺陷和微型化都需要有平坦的表面。

如果合金焊点对表面金属浸润差，铜被暴露。热管理中增加的热空气流

动增加了蠕变的风险。恶劣

的环境下，有湿气存在的地方就会增加蠕变腐蚀的风险。在数据中心冷却空气也是一个有影响的因

素。

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平坦的板表面比如铜上敷OSP和镍金（电镀镍/浸金）是有有效期的。

由于这些原因，浸银表面处

理在电子工业中成为了标准的PCB表面处理。随着PCB表面处理改为浸银，与硫污染物含量相关的

PCB失效增加了。增加的失效率源于铜、银和硫反应。事实上，由于在浸银电路板上有区域比如过

孔里面含有暴露的铜和银，这个问题进一步复杂了。

当过孔没有完全被沉浸的银覆盖，金属铜是脆

弱的，易受到大气的影响作用而导致电化学腐蚀。

当一种金属比如铜上覆盖了一些惰性金属，比如银，电化学腐蚀在合适的电解液下能发生。当有湿

气存在时，电化学电池造成金属减少。当铜和银之间发生电化学反应时，由于铜是比较活跃的金

属，电解池铜将为阳极。在含硫的氧化环境中，铜比银腐蚀快得多。这个高腐蚀率的环境包含有很

强导电力的金属生长。

在很多情形下，铜层都需要被保护，尤其当使用浸银表面处理时，铜层更需要被保护。

首先是锡-

铜表面。在这个区域，铜不与银交换，但在潮湿和空气污染的环境中，暴露的铜能与银反应导致锡

表面腐蚀。第二个铜的来源是镀银的孔洞里。当热循环时，铜能迁移到银的表面，薄的锡层也能导

致铜暴露，尤其是组装后。另外一个铜的来源包括部分在阻焊膜中堵塞的过孔和裂缝。暴露的铜变

成随时引发反

应的物质。

由于银的射频传播特性，浸银经常是一种高频应用材料的选择。

7.5.3 蠕变腐蚀和电路板清洁度最终印制电路板需要清洁。离子物质能直接腐蚀导线，或者离子

与潮气、助焊剂或者其它物质结合导致腐蚀。

Xu和Fleming（2009）调查过助焊剂残留对蠕变腐蚀

的影响。当铜过孔被无铅的焊锡完全盖住时，没有证据显示蠕变腐蚀。在组件上暴露的银，超过时

间就会有严重的腐蚀发生，但这个腐蚀并不被认为是蠕变腐蚀。在边界处银被暴露在助焊剂残留

中，就会产生严重的蠕变腐蚀。助焊剂残留暴露在银边界区域促进了银腐蚀迁移到阻焊膜表面。

Xu和Fleming报道当活性助焊剂在

焊接后没有被清洗时，蠕变腐蚀会在5天内产生。松香助焊剂仅显

示有局部腐蚀。问题在于活性助焊剂去除氧化铜而在助焊剂残留中留下了铜盐。在潮湿环境中腐蚀

从电路生长和蔓延到阻焊膜。这种失效也发生在有硫存在的工业区。

正确的操作、装运和存储步骤是非常重要的。

手印传递多种污染，包括氯。包装材料应该证明是

“无硫”的。一旦打开去组装，没被用过的PCB如果要延长储存时间则需要返回到原包装并真空密

封。

印制电路板储存地点对于硫诱发锈蚀是很关键的，尤其银或者高银处理的印制电路板。印制电路板

储存在经常供应蛋类制品的餐厅旁，经常导致硫产生的锈蚀。在一个洋葱加工厂就有发生工业控制

电子装置发生严重的腐蚀，因为洋葱含有大量的硫。

7.5.4 有硫蠕变倾向的场所硫存在于原材料中，包括生产油、煤炭和含常见的金属如铝、铜、

锌、

铅和铁的矿石。

当含硫的燃料燃烧时，或者当从石油中提取汽油时，或者从矿石中提取金属时就会

形成二氧化硫气体。大约有三分之一的污染颗粒中含有硫的化合物。

硫的来源包括用于水处理的硫化氢、沼泽气体、化肥、地热、农业、汽车排气和冶炼。在煤炭和石

油燃烧时，水泥生产和其它重工业经常发现二氧化硫。硫醇用于橡胶制造。有机硫化物存在于泥土

中。在橡胶、采矿、冶炼、水泥、沥青、造纸厂、化肥和农场，废水处理、石油化工、泥土以及座

落在环境中硫含量

高的公司，存在硫蠕变倾向。

天然气燃烧的副产品是硫的气体，而且天然气驱动

的叉车也经常排放硫的气体。

7.5.5 预防腐蚀的策略预防腐蚀能从三个步骤中观察到：强化、补救、再布置。进行PCB板级的

保护，比如改善表面处理。在元器件组装中，敷形涂覆或者所有外形被锡全部覆盖是有效的。对包

装产品的保护包括过滤的使用和器件的密封。非常困难的环境能通过过滤

、空调、湿度控制和综合

室内管理来改善。

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