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PCBA廠(chǎng)家焊劑殘留物在不同的條件下形成不同的形態(tài),如圖所示。一般再流焊接完成后,焊膏中焊劑殘留呈玻璃態(tài),但如果焊點(diǎn)形成的環(huán)境比較封閉,就會(huì )形成粘稠狀的松香膜,我們稱(chēng)之為“濕”的焊劑殘留物。如果焊點(diǎn)在高溫高濕環(huán)境下存放時(shí)間比較長(cháng),有可能形成白色粉狀結晶物。不管是“濕”的還是白色粉狀結晶狀態(tài),這些殘留物吸潮后,活化劑中的游離離子(H+)釋放出來(lái)并在偏壓作用下遷移,從而使絕緣電阻能降低到106Ω以下。
焊點(diǎn)在敞開(kāi)環(huán)境下,再流焊接時(shí),焊膏中的溶劑、部分活化劑等會(huì )完全揮發(fā)掉,形成“干”,的松香膜,它將未反應完全或未分解、未揮發(fā)的活化劑“固”住,起到了防止焊劑殘留物腐蝕的作用。但是,隨著(zhù)元器件封裝的底部面陣化,特別是QFN、LGA封裝,焊膏再流時(shí)排氣通道越來(lái)越不暢通,有可能造成焊膏中的溶劑、活化劑等難以充分揮發(fā),形成“濕”的焊劑殘留物,使得殘留物中的離子態(tài)物質(zhì)能夠自由移動(dòng)。如果存在于有壓差的兩個(gè)引出端,將發(fā)生漏電甚至電遷移現象,其絕緣電阻將小于106Ω。
Indium公同的李寧成博士對“濕”的爆劑殘留物的絕緣性能做過(guò)系統研究。采用在梳狀圖形上刷圖助焊劑并覆蓋玻璃的方法制作試件并過(guò)爐, 獲得了“濕”的焊劑殘留物。按照IPC的試驗條件進(jìn)行SIR的測試, 發(fā)現“濕” 的焊劑殘留物表面絕緣電阻(SIR)都出現下降,下降到106Ω以下。試驗初期,直接采用焊背印刷到梳狀圖形上沒(méi)有模擬出“濕的殘留物。
某公司于2014年11月出現一例LGA焊接后短路的案例,扒開(kāi)LGA,焊劑殘留呈 “濕”的狀態(tài)。事實(shí)上,該公司也采用了類(lèi)似方法對濕的焊劑殘留物進(jìn)行絕緣電阻測試,復現了產(chǎn)品中看到的短路現象,也看到了枝晶現象。
對于LGA與QFN,一般條件下,焊劑中的溶劑能夠揮發(fā)干凈,上述案例主要因為LGA比較重、尺寸比較大。
通常情況下,對于QFN,不需要做特別的設計考慮,由于其尺寸比較小,一般不會(huì )形成“濕”焊劑殘留物現象;對于LGA,可以采用焊盤(pán)周導通孔不塞孔或焊盤(pán)不阻焊的設計。原則上,如果不是因為尺寸的限制,盡可能不選用LGA封裝。開(kāi)發(fā)LGA封裝,主要是IC廠(chǎng)家出于對降成本的考慮,對焊接而言沒(méi)有任何好處,不僅焊接良率不高,焊點(diǎn)的可靠性也不高。
( 1)印刷時(shí)的焊膏結塊現象,主要見(jiàn)于密封印刷頭的印刷過(guò)程,是由于焊膏焊粉受到四周的摩擦,焊粉表面的氧化物容易被去掉,焊膏越來(lái)越干所造成的。對于焊膏,我們希望印刷操作周期內能夠保持性能穩定,焊劑與焊粉不發(fā)生反應。
(2)焊錫飛濺主要是焊膏中溶劑沸點(diǎn)比較低所引起的。
(3)對于LGA的焊接,可以采用無(wú)鹵焊膏(活性比較低,濕的殘留物也能夠滿(mǎn)足SIR的要求),但焊接的缺陷如球窩比較高;選用含鹵的焊膏,活性比較強,焊接良率比較高,但可能漏電。
( 4)水溶性焊膏/焊劑。設計水溶性焊膏,就是為了不用VOC類(lèi)有機溶劑,而能夠采用去離子水進(jìn)行清洗。水溶性焊膏的配方是按清洗工藝設計的,增加了活化劑,因此使用后必須進(jìn)行清洗。一般免洗焊膏不采用水溶性設計,因為沒(méi)有意義,同時(shí)有危害。能夠用水進(jìn)行清洗,就一定吸潮, 吸潮就會(huì )降低絕緣電阻。
( 5 )免洗焊膏的三防涂覆。一些產(chǎn)品要求高的可靠性,需要進(jìn)行三防涂覆。問(wèn)題是,目前絕大多數產(chǎn)品使用了免洗焊膏,那么三防涂覆時(shí)還要不要進(jìn)行清洗呢?不清洗有什么風(fēng)險?這是業(yè)界一直爭議的一個(gè)問(wèn)題。AIM公司對此進(jìn)行了研究(見(jiàn)Karl Sennlig、Timothy O' Neill等發(fā)表在SMT China 2014年6/7期的《在免洗助焊劑上涂覆表面涂料》一文),通過(guò)對各種涂料絕緣電阻、涂層黏合強度的對比測試,表明可以直接在免洗單板上進(jìn)行三防涂覆,但是需要做涂料與焊劑殘留物的兼容性測試。
AIM的研究還發(fā)現:
①溶劑基丙烯酸涂料性能優(yōu)于紫外固化的聚氨酯涂料。研究者的解釋是溶劑使得殘留物與涂層黏合得更緊密,減少了CTE不匹配帶來(lái)的影響。
②軟的殘留物有利于解決三防涂層的分層問(wèn)題,但對SIR影響明顯(軟的焊劑殘留物也是焊劑中溶劑揮發(fā)不充分的結果,只是揮發(fā)程度比濕的焊劑殘留物稍充分而已,絕緣電阻同樣不能滿(mǎn)足絕緣要求)。研究者的解釋是水分進(jìn)人濕的焊劑殘留物會(huì )引起腐蝕。
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