服务热线/Hotline: 400 999 1229
首页 » 专家博客 » 残留物与电子PCBA 的可靠性

残留物与电子PCBA 的可靠性

浏览数量: 0     作者: 本站编辑     发布时间: 2022-10-18      来源: 本站

电子产品的可靠性和质量主要取决于PCBA的可靠性和质量水平,在工艺实践以及PCBA的失效分析中,“残留物”对PCBA的可靠性水平影响极大,也引起了广大电子工程师或质量控制人员的高度重视,特别是一些号称免洗的产品、其残留物经常被忽视。

为了PCBA的可靠性和质量,必须严格的控制残留物,必要时必须彻底清除这些污染物,哪怕是“免清洗产品”,其残留经常会引起严重的质量事件。

图片


1.残留物的类型及来源
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,助焊剂与锡膏的反应副产物,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。第1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2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,各种反应产生的盐类,这些残留物需要较好地除尽,必须使用极性溶剂,如水,异丙醇等。第3类残留物为弱极性地残留物,主要包括来自助焊剂中的有机酸碱,这些物质的去除要获得良好地效果,则必须使用复合溶剂或半水基型清洗剂。

1.1松香焊剂的残留物

含有松香或改性树脂的助焊剂,主要是由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(如己二酸)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,同锡铅的反应产生的金属盐,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。

1.2有机酸焊剂残留物

有机酸焊剂(OR)一般是指助焊剂中的固体部分是以有机酸为主的助焊剂,这类助焊剂的残留物,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。现在市面上绝大多数所谓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,最除去的就是有机酸与焊料形成的盐类,它们的有较强的吸附性能,而溶解性极差。当PCBA的组装工艺使用水溶性助焊剂时,会产生更大量这类残留物及卤化物盐类,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。

1.3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。PCBA的制造和装配过程的许多方面均可以引起白色残留物。白色污染物,一般多为助焊剂的副产物,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助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。

1.4胶粘剂及油污染

PCBA的组装工艺中,常会使用到一些黄胶,以及红胶,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,此外焊盘保护胶带后撕离的残留物会严重影响电接性能。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。


2.残留物的分析方法

按最近的EIA/IPC J-STD-001C(电子电气焊接技术要求,2000年2 版)的标准,对 PCBA 组装前各配件表面的残留量以及焊后的 PCBA 的残留量的要求,则首先必须保证各配 件的可焊性的要求,PCB裸板必须外观清洁,且等价离子残留量小于产品接受标准值。除了离子残留量标准以外,还规定了助焊剂残留量的要求,以及外观的要求见下表。

电子组装工艺残留物与清洁度要求与分析方法

图片

PCBA上残留物或清洁度的分析检测方法主要包括外观状况检查,离子性残留物,松香或树脂性残留物,以及其他有机污染物的鉴别等。外观检查通常通过目测方式检查,必要时借助于放大镜、显微镜、金相显微镜;离子残留浓度测试,松香树脂残留量的分析,SIR测定,有机残留物鉴别分析测试的方法请参考IPC-TM-650。

图片



3.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 的可靠性可能造成的影响是可以足够严重的。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;而离子性的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。

3.1残留物造成对PCBA的腐蚀

PCBA上失效焊点的外观,失效部位的焊点已经发白变色且多孔。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+,使版面发红,这些离子的迁移造成该PCBA在使用不足半年就发生功能失效。类似例子在我们的工作中经常遇到。

3.2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,有水份,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。

3.3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路失效,这就是不少通讯设备和高压电房设备需要定期清洁保养的缘故。

图片


PCBA上残留物的控制

图片

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 1.56μgNaCl/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

在不少企业,组装好的PCBA随意堆放,车间环境差,无抽风设备,人员赤手空拳行事,极易引起PCBA版面的污染,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、焊料助焊剂的选择

主要包括选用低固态或免清型助焊剂,理想的助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试验,后再确定。

4、加强工艺控制

PCBA的主要残留物来自助焊剂。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,使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,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 1.56μgNaCl eq./cm2。要么与 用户协商降低要求,否则许多要求高的PCBA,必须经过严格的清洗工序。清洗时既要针对 松香或树脂,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,许多性能好的溶剂可能不被使用(如氟氯烃系列溶剂)。必须选用清洁工艺时,又不能对环境造成新的污染。这对许多厂家而言,确实不是一件容易的事。

图片

图片
结束语:残留物对PCBA可焊性的影响是严重的,所以许多的PCBA失效,都是由于残留物造成的。在我们要给客户解决的许多个案中有深刻的体会;除了建议生产厂家加强工艺与物料控制以外,要加强新工艺新技术的研究。我们目前也尽力完善检测的技术手段,为广大厂家或用户分析问题根源,提供改进的措施办法,共同努力减少PCBA由于残留物导致的失效, 从而提高 PCBA 的可靠性水平。

图片


图片


图片

图片


依工特种材料(苏州)有限公司

ITW SPECIALTY MATERIALS (SUZHOU) CO., LTD

产品分类

敷型涂层

除脂剂

行业应用
联系我们

 地址/Address:江苏省苏州市吴江经济技术开发区

                            吉市东路8号 | 215200 

 服务邮箱/Email: Chinasales@itwsms.com

 服务热线/Hotline: 400 999 1229 

 中文官方旗舰店/Ecommerce:  itwcce.1688.com

中文网站:www.techspraychina.com 

版权所有  2021 依工特种材料(苏州)有限公司                                            ICP备案号:苏ICP备15054199号-4                              网站地图      技术支持