助焊剂残留对电子器件腐蚀的影响-深圳福英达
助焊剂残留对电子器件腐蚀的影响
随着电子器件的微型化发展，腐蚀可靠性已成为当今电子设备的一个严重问题。PCBA 表面的残留物是加速腐蚀的关键因素，这些残留物往往来自锡膏中的助焊剂，助焊剂中的非挥发性和活化化合物含量高，可以提高助焊性能，有利于形成优良的焊点，但同时也会产生较多的焊剂残留物造成化学腐蚀。
图1. 助焊剂残留导致的腐蚀
目前市面上使用的助焊剂通常是松香基、水溶性或免洗助焊剂。松香基和水溶性助焊剂需要在焊接后进行清洁处理。免清洗助焊剂通常会使用弱有机弱酸（WOA）作为活化剂，包括戊二酸，琥珀酸和己二酸这些酸性成分。免洗助焊剂一般原则是假设焊接后不会留下有害的助焊剂残留物，因为助焊剂会在焊接过程中的热暴露过程中完全挥发。但如果没有进行清洁，仍有可能产生侵蚀性助焊剂残留。
为了研究助焊剂残留对电子器件腐蚀的影响，Jellese等人通过使用免清洗助焊剂在波峰焊不同焊接条件下进行研究，使用了X射线荧光光谱仪（XRF）来研究助焊剂残留物的分解产物与温度的关系； TGA 用于研究助焊剂的分解和相应的重量变化随温度的变化以及离子色谱法（IC）来量化助焊剂的残留物中的离子残留物。
图2给出了按重量百分比测量的助焊剂残留与温度的函数关系。结果表明在焊接温度低于170°C时，残留物的量明显高于焊接温度为250°C时。在 250 oC 时观察到仍有0.5wt% 的初始助焊剂量残留。
图2.加热到不同温度后的助焊剂残留量
作为参考，Jellese等人还对免洗助焊剂中的活性剂成分己二酸进行了 TGA 实验，得出的 TGA 曲线如图3所示。黑色曲线代表低加热速率，红色曲线代表高加热速率。结果显示与较慢的加热速率相比，较高的加热速率意味着在相同温度下会留下更多残留物。到 250 oC 观察到己二酸的大量挥发和转化，此时酸度明显下降，但即使在这一温度下，残渣中仍有己二酸存在的明显迹象。
图3. 试剂级己二酸的 TGA 曲线
使用 IC 对暴露于不同温度后的己二酸进行了定量分析（图4）。结果表明，即使在 235?C 时，己二酸仍然存在。在300 oC 时，己二酸的含量极少。
图4. 己二酸暴露于不同温度后的 IC 分析
图5显示了 0.2 克助焊剂加热到不同温度后溶解在3 毫升去离子水中的泄漏电流值。正如预期的那样，泄漏电流水平随着溶解残渣量的增加而降低。在200-250 oC 范围内，曲线显示泄漏电流水平显著下降，表明在该温度区域内加热残留物发生了显著变化。在加热温度为 250 oC 时，加热残留物溶液的泄漏电流值比刚蒸发的残留物溶液几乎小一个数量级。
图5.含有助焊剂残留物的溶液中的泄漏电流
免清洗焊剂不一定能保证电子产品的可靠性，所以在极端情况下对电路板进行清洗或使用其他类型的焊剂可能是更好的选择。在焊接前后也要对印刷电路板进行清洁度测试，未焊接的印刷电路板上的污染往往会加剧助焊剂残留的问题。
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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