锡膏有什么特点: 焊后残留物和湿度的关系
锡膏有什么特点: 焊后残留物和湿度的关系
由于电子元件制造过程设计和用户使用需求等多种因素的影响，电子设备在不同环境下的可靠性问题现在备受关注。助焊剂是组成无铅锡膏的重要成分之一。由于助焊剂的活化剂成分含有有机酸等酸性物质，在焊接后带来腐蚀性问题，极大影响元件可靠性。弱有机酸如羧酸是较为常用的，带有极性官能团，对水具有很高的亲和性。在回流焊接过程中受到高温作用后大部分有机酸会分解，但仍有少量残留在PCBA组件的下方。在老化时容易吸收环境中的水分并生成腐蚀性物质。本文主要分析环境湿度对腐蚀性残留物生成的影响。
无铅锡膏酸性残留物的吸潮性使其暴露在潮湿环境下容易在电路板表面生成一层很厚的酸性水膜。该水膜具有高导电性，致使焊接处发生漏电概率大大提高，并导致电路板被腐蚀。针对环境湿度对腐蚀性残留物生成的影响，Piotrowska等人使用酸度指示凝胶进行试验，观察回流焊接后焊盘在不同湿度(60%RH和99%RH)和温度(25°C, 40°C和60°C)下活化剂的演变。测试锡膏的特性如表1所示。
表1. 三种实验无铅锡膏特性 (Piotrowska et al, 2021)
实验结果
刚完成焊接后
酸度指示凝胶能够与酸反应并变红，因此可以用于判断是否产生酸性腐蚀物质。图1表明了三种无铅锡膏刚完成焊接后的酸性指示情况。SP2已经可以观察到细微的红色着色(箭头方向)，但是由于刚完成焊接，酸性残留物仍然很少。
图1. 刚完成焊接后的酸性指示情况。(a) SP1; (b) SP2; (c) SP3.
低湿度下温度的影响
在放置14天后，无铅锡膏SP2（b1-b3）从外观可以明显看到红色区域大量增加。此外，在60%RH较低的湿度情况下，环境温度和放置时间并不会对焊点周围残留物数量起到明显影响。
图2. 湿度恒定为60%RH时，锡膏温度和残留物的关系。(a) SP1; (b) SP2; (c) SP3. (1) 25℃; (2) 40 °C; (3) 60 °C.
高湿度下温度的影响
由图3可以发现，在放置了14天后，三种无铅锡膏都出现了残留物快速生成的问题。可以判断出湿度会加速残留物的出现。在高湿度条件下，残留物膜会出现开裂现象，酸性物质会发生演变 (图4)。并且高环境温度对残留物演变作用开始变得明显。更高的温度会造成更明显的残留物膜开裂。
图3. 湿度恒定为99%RH时，锡膏温度和残留物的关系。(a) SP1; (b) SP2; (c) SP3。 (1) 25℃; (2) 40 °C; (3) 60 °C。
图4. 湿度恒定为99%RH时残留物膜的变化。(a) SP1; (b) SP2; (c) SP3. (1) 25℃; (2) 40 °C; (3) 60 °C。
结论
湿度低的情况下腐蚀性残留物生成较少。相反地，高湿度下残留物较多。因此，高湿度环境是腐蚀性残留物形成的主导因素。在此前提下,温度的影响变得更加直观。
参考文献
Piotrowska, K., Li, F. & Ambat, R. (2021), “Transformation of reflow solder flux residue under humid conditions”, Microelectronics Reliability, vol.(123).
返回列表
