免洗錫膏的特點(1): 殘留物腐蝕性機理分析
免洗錫膏的特點(1): 殘留物腐蝕性機理分析
為(wei) 了滿足普通用戶對電子器件日益增長的使用要求，元件內(nei) 部芯片數量變得越來越高並且芯片體(ti) 積小型化。然而小型電子封裝清洗困難，誕生了免洗錫膏。免洗錫膏的助焊劑成分含有弱有機酸如羧酸，能夠起到去除焊盤氧化層的作用，隻會(hui) 留下少量酸性離子殘留物。免洗錫膏的焊後殘留物雖少，但對於(yu) 某些高精密器件仍不可忽視。因此，免洗錫膏的殘留物腐蝕性仍舊是熱議問題。
1. 殘留物為(wei) 何具有腐蝕性
市麵上經常采用羧酸作為(wei) 助焊劑活化劑成分。羧酸是一種弱有機酸，會(hui) 與(yu) 氧化銅發生酸堿反應從(cong) 而還原氧化銅。有機酸往往帶有極性官能團，容易與(yu) 與(yu) 環境中的水分結合並生成酸性溶液，因此會(hui) 對PCB起到腐蝕效果。
圖1. 羧酸和氧化銅的反應方程式。
在鬆香基免洗錫膏中，除了羧酸外，還添加了鬆香樹脂以防止焊接表麵再次氧化。然而，樹脂在焊後是不會(hui) 揮發的，因而會(hui) 留下較多的固體(ti) 酸性磷酸鹽作為(wei) 離子殘留物。為(wei) 了避免留下固體(ti) 殘留物，有些廠家采用無樹脂免洗錫膏。但如果羧酸未能完全與(yu) 金屬氧化物反應，殘留的未反應羧酸在高溫下會(hui) 脫水並形成酸酐，隨後酸酐又轉化成羧酸和水。酸酐具有很強的吸濕性。因此容易形成很較厚的水導電層，增加了PCB漏電的可能性。
2. 影響弱有機酸腐蝕性的因素
2.1 溶解度
有機酸溶解度越高則更容易與(yu) 水發生相互作用並生成更多的離子殘留物。含有較高分子量、較少極性官能團和偶數碳原子的弱有機酸的溶解度最小，因此采用了弱有機酸的免洗錫膏殘留物最少 (Wakeel et al., 2021)。
2.2 潮解/風化相對濕度
潮解相對濕度和風化相對濕度很大程度影響了有機酸的吸濕能力 (Wakeel et al., 2021)。對於(yu) 更低的潮解和風化相對濕度，有機酸比如羧酸鹽會(hui) 更早的吸收水分並形成導電層，從(cong) 而增加了PCBA的導電性。例如，DL-蘋果酸的潮解和風化相對濕度低於(yu) 琥珀酸，經過分析知道DL蘋果酸更早吸收水分 (Piotrowska et al., 2018)。同時，低風化相對濕度使羧酸鹽轉化為(wei) 固體(ti) 的速度更快，這將導致PCBA的漏電增加。
2.3 官能團數量和分子鏈長度
弱有機酸的官能團增加會(hui) 促進與(yu) 水分子的相互作用，從(cong) 而增強了有機酸的吸濕性。此外，官能團之間的距離也決(jue) 定酸的極性。官能團之間的距離越小，水越容易停留，吸濕能力越強。因此殘留物帶有更強酸性。Piotrowska等人觀察到，與(yu) 亞(ya) 油酸、己二酸、琥珀酸和戊二酸相比，使用棕櫚酸配方的免洗錫膏腐蝕性最弱。這是因為(wei) 棕櫚酸的羧基最少，鏈長最長。
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參考文獻
Piotrowska, K., Din, R.U., Grumsen, F.B., Jellesen, M.S. & Ambat R. (2018). “Parametric study of solder flux hygroscopicity: impact of weak organic acids on water layer formation and corrosion of electronics”, J. Electron. Mater., vol.47 (7), pp. 4190-4207.
Wakeel, S., Haseeb, A.S.M.A., Afifi, M.A., Bingol, S. & Hoon, K.L. (2021). “Constituents and performance of no-clean flux for electronic solder”. Microelectronics Reliability, vol.123.
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