PCB爬行腐蚀现象介绍-深圳福英达
PCB爬行腐蚀现象介绍
爬行腐蚀是一种电路表面的腐蚀现象，它是由环境中的硫化物或氯化物等腐蚀性气体与裸露的铜接触反应而产生的。爬行腐蚀的特点是固体腐蚀物沿着电路与阻焊层或封装材料的表面迁移生长，形成一种类似蜘蛛网的结构，导致相邻的焊盘或电路之间发生电气短路或阻抗变化，影响电子产品的性能和可靠性。爬行腐蚀的发生源于裸露的Cu面上。在含有硫物质的环境中，铜表面会生成大量黑色的铜硫化物，并在铜表面及其周围扩散和积聚。
图1.通孔焊盘上的爬行腐蚀（左）和放大图（右）
铜的氧化物不溶于水，然而铜的硫化物和氯化物却可溶于水，并在浓度梯度的作用下具有高表面流动性。生成物会从高浓度区域扩散至低浓度区域。硫化物表现出半导体性质，不会立即导致短路，但随着硫化物浓度的增加，其危害逐渐显现，最终导致短路失效。
此外，腐蚀产物的电阻值会随着温度变化而急剧变化，可以从10MΩ下降到1Ω。湿气（水膜）会加速爬行腐蚀过程：硫化物（如硫酸、二氧化硫）溶于水会生成弱酸，弱酸会造成硫化铜的分解，迫使清洁的Cu面露出来，从而继续发生腐蚀。显然湿度的增加会加速这一腐蚀的过程。这种腐蚀发生的速度很快，一些PCB单板甚至在一年内就可能失效。
大气环境：作为大气环境中促进电子设备腐蚀的元素和气体，被列举的有：SO2、NO2、H2S、O2、HCI、Cl2、NH3等，腐蚀性气体成分的室内浓度、蓄积速度、发生源、影响和容易受影响的材料及容许浓度如表所示。上述气体一溶于水中，就容易形成腐蚀性的酸和盐。
表1.腐蚀性气体成分的室内浓度、蓄积速度、发生源、影响及容易受影响的材料及容许浓度
湿度：根据爬行腐蚀的溶解/扩散/沉积机理，湿度的增加会加速硫化腐蚀的发生。据Ping Zhao等人研究，爬行腐蚀的速率与湿度呈指数关系。Carig Hillman 等人在混合气体实验表明，随着相对湿度的上升，腐蚀速率急剧增加，呈抛物线状。以Cu为例，当湿度从60%RH增加到80%时，其腐蚀速率后者为前者的3.6倍。
焊接工序：焊接工序也是一个重要的影响因素。回流焊的热冲击可能导致绿油局部微小剥离，或破坏某些表面处理（如OSP），增加电子产品暴露铜的风险，从而提高爬行腐蚀的可能性。
PCB基材和镀层材料：PCB基材和镀层材料的选择也对爬行腐蚀有显著影响。研究表明，在Au/Pd/SnPb三种镀层结构下，黄铜的抗爬行腐蚀能力最好，CuNi最差；SnPb表面处理是最不容易腐蚀的，而Au、Pd表面上的腐蚀产物爬行距离最长。Alcatel-Lucent的研究发现，各种表面处理的抗腐蚀能力排序为ImSn~HASL>>ENIG>OSP>ImAg。化学银本身不会导致爬行腐蚀，但在其表面处理中发生的概率较高，因为化学银的PCB露铜或表面微孔更为严重，使裸露的铜更容易受腐蚀。
采用三防涂敷，即在电路表面涂上一层保护膜，隔绝外界的腐蚀性气体；
设计和工艺上要减少PCB和元器件的露铜概率，选择抗腐蚀能力较强的表面处理工艺，如无铅热风整平、浸锡等，避免使用化学银、有机焊料防护等；
组装过程要尽量减少热冲击和污染离子残留，选择合适的助焊剂，并进行有效的清洗；
整机设计要加强温度和湿度的控制，避免水膜的形成和腐蚀物的溶解；
机房选址要避开明显的硫污染，如工业区、火山区、沼泽地等。
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