PCB爬行腐蝕現象介紹-深圳福英達
PCB爬行腐蝕現象介紹
爬行腐蝕是一種電路表麵的腐蝕現象，它是由環境中的硫化物或氯化物等腐蝕性氣體(ti) 與(yu) 裸露的銅接觸反應而產(chan) 生的。爬行腐蝕的特點是固體(ti) 腐蝕物沿著電路與(yu) 阻焊層或封裝材料的表麵遷移生長，形成一種類似蜘蛛網的結構，導致相鄰的焊盤或電路之間發生電氣短路或阻抗變化，影響電子產(chan) 品的性能和可靠性。爬行腐蝕的發生源於(yu) 裸露的Cu麵上。在含有硫物質的環境中，銅表麵會(hui) 生成大量黑色的銅硫化物，並在銅表麵及其周圍擴散和積聚。
圖1.通孔焊盤上的爬行腐蝕（左）和放大圖（右）
銅的氧化物不溶於(yu) 水，然而銅的硫化物和氯化物卻可溶於(yu) 水，並在濃度梯度的作用下具有高表麵流動性。生成物會(hui) 從(cong) 高濃度區域擴散至低濃度區域。硫化物表現出半導體(ti) 性質，不會(hui) 立即導致短路，但隨著硫化物濃度的增加，其危害逐漸顯現，最終導致短路失效。
此外，腐蝕產(chan) 物的電阻值會(hui) 隨著溫度變化而急劇變化，可以從(cong) 10MΩ下降到1Ω。濕氣（水膜）會(hui) 加速爬行腐蝕過程：硫化物（如硫酸、二氧化硫）溶於(yu) 水會(hui) 生成弱酸，弱酸會(hui) 造成硫化銅的分解，迫使清潔的Cu麵露出來，從(cong) 而繼續發生腐蝕。顯然濕度的增加會(hui) 加速這一腐蝕的過程。這種腐蝕發生的速度很快，一些PCB單板甚至在一年內(nei) 就可能失效。
大氣環境：作為(wei) 大氣環境中促進電子設備腐蝕的元素和氣體(ti) ，被列舉(ju) 的有：SO2、NO2、H2S、O2、HCI、Cl2、NH3等，腐蝕性氣體(ti) 成分的室內(nei) 濃度、蓄積速度、發生源、影響和容易受影響的材料及容許濃度如表所示。上述氣體(ti) 一溶於(yu) 水中，就容易形成腐蝕性的酸和鹽。
表1.腐蝕性氣體(ti) 成分的室內(nei) 濃度、蓄積速度、發生源、影響及容易受影響的材料及容許濃度
濕度：根據爬行腐蝕的溶解/擴散/沉積機理，濕度的增加會(hui) 加速硫化腐蝕的發生。據Ping Zhao等人研究，爬行腐蝕的速率與(yu) 濕度呈指數關(guan) 係。Carig Hillman 等人在混合氣體(ti) 實驗表明，隨著相對濕度的上升，腐蝕速率急劇增加，呈拋物線狀。以Cu為(wei) 例，當濕度從(cong) 60%RH增加到80%時，其腐蝕速率後者為(wei) 前者的3.6倍。
焊接工序：焊接工序也是一個(ge) 重要的影響因素。回流焊的熱衝(chong) 擊可能導致綠油局部微小剝離，或破壞某些表麵處理（如OSP），增加電子產(chan) 品暴露銅的風險，從(cong) 而提高爬行腐蝕的可能性。
PCB基材和鍍層材料：PCB基材和鍍層材料的選擇也對爬行腐蝕有顯著影響。研究表明，在Au/Pd/SnPb三種鍍層結構下，黃銅的抗爬行腐蝕能力最好，CuNi最差；SnPb表麵處理是最不容易腐蝕的，而Au、Pd表麵上的腐蝕產(chan) 物爬行距離最長。Alcatel-Lucent的研究發現，各種表麵處理的抗腐蝕能力排序為(wei) ImSn~HASL>>ENIG>OSP>ImAg。化學銀本身不會(hui) 導致爬行腐蝕，但在其表麵處理中發生的概率較高，因為(wei) 化學銀的PCB露銅或表麵微孔更為(wei) 嚴(yan) 重，使裸露的銅更容易受腐蝕。
采用三防塗敷，即在電路表麵塗上一層保護膜，隔絕外界的腐蝕性氣體(ti) ；
設計和工藝上要減少PCB和元器件的露銅概率，選擇抗腐蝕能力較強的表麵處理工藝，如無鉛熱風整平、浸錫等，避免使用化學銀、有機焊料防護等；
組裝過程要盡量減少熱衝(chong) 擊和汙染離子殘留，選擇合適的助焊劑，並進行有效的清洗；
整機設計要加強溫度和濕度的控製，避免水膜的形成和腐蝕物的溶解；
機房選址要避開明顯的硫汙染，如工業(ye) 區、火山區、沼澤地等。
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