助焊劑殘留對電子器件腐蝕的影響-深圳福英達
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展，腐蝕可靠性已成為當今電子設備的一個嚴重問題。PCBA 表面的殘留物是加速腐蝕的關鍵因素，這些殘留物往往來自錫膏中的助焊劑，助焊劑中的非揮發性和活化化合物含量高，可以提高助焊性能，有利于形成優良的焊點，但同時也會產生較多的焊劑殘留物造成化學腐蝕。
圖1. 助焊劑殘留導致的腐蝕
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行清潔處理。免清洗助焊劑通常會使用弱有機弱酸（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焊接后不會留下有害的助焊劑殘留物，因為助焊劑會在焊接過程中的熱暴露過程中完全揮發。但如果沒有進行清潔，仍有可能產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物與溫度的關系； TGA 用于研究助焊劑的分解和相應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關系。結果表明在焊接溫度低于170°C時，殘留物的量明顯高于焊接溫度為250°C時。在 250 oC 時觀察到仍有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行了 TGA 實驗，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留下更多殘留物。到 250 oC 觀察到己二酸的大量揮發和轉化，此時酸度明顯下降，但即使在這一溫度下，殘渣中仍有己二酸存在的明顯跡象。
圖3. 試劑級己二酸的 TGA 曲線
使用 IC 對暴露于不同溫度后的己二酸進行了定量分析（圖4）。結果表明，即使在 235?C 時，己二酸仍然存在。在300 oC 時，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。正如預期的那樣，泄漏電流水平隨著溶解殘渣量的增加而降低。在200-250 oC 范圍內，曲線顯示泄漏電流水平顯著下降，表明在該溫度區域內加熱殘留物發生了顯著變化。在加熱溫度為 250 oC 時，加熱殘留物溶液的泄漏電流值比剛蒸發的殘留物溶液幾乎小一個數量級。
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品的可靠性，所以在極端情況下對電路板進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行清潔度測試，未焊接的印刷電路板上的污染往往會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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