錫膏有什么特點: 焊后殘留物和濕度的關系
錫膏有什么特點: 焊后殘留物和濕度的關系
由于電子元件制造過程設計和用戶使用需求等多種因素的影響，電子設備在不同環境下的可靠性問題現在備受關注。助焊劑是組成無鉛錫膏的重要成分之一。由于助焊劑的活化劑成分含有有機酸等酸性物質，在焊接后帶來腐蝕性問題，極大影響元件可靠性。弱有機酸如羧酸是較為常用的，帶有極性官能團，對水具有很高的親和性。在回流焊接過程中受到高溫作用后大部分有機酸會分解，但仍有少量殘留在PCBA組件的下方。在老化時容易吸收環境中的水分并生成腐蝕性物質。本文主要分析環境濕度對腐蝕性殘留物生成的影響。
無鉛錫膏酸性殘留物的吸潮性使其暴露在潮濕環境下容易在電路板表面生成一層很厚的酸性水膜。該水膜具有高導電性，致使焊接處發生漏電概率大大提高，并導致電路板被腐蝕。針對環境濕度對腐蝕性殘留物生成的影響，Piotrowska等人使用酸度指示凝膠進行試驗，觀察回流焊接后焊盤在不同濕度(60%RH和99%RH)和溫度(25°C, 40°C和60°C)下活化劑的演變。測試錫膏的特性如表1所示。
表1. 三種實驗無鉛錫膏特性 (Piotrowska et al, 2021)
實驗結果
剛完成焊接后
酸度指示凝膠能夠與酸反應并變紅，因此可以用于判斷是否產生酸性腐蝕物質。圖1表明了三種無鉛錫膏剛完成焊接后的酸性指示情況。SP2已經可以觀察到細微的紅色著色(箭頭方向)，但是由于剛完成焊接，酸性殘留物仍然很少。
圖1. 剛完成焊接后的酸性指示情況。(a) SP1; (b) SP2; (c) SP3.
低濕度下溫度的影響
在放置14天后，無鉛錫膏SP2（b1-b3）從外觀可以明顯看到紅色區域大量增加。此外，在60%RH較低的濕度情況下，環境溫度和放置時間并不會對焊點周圍殘留物數量起到明顯影響。
圖2. 濕度恒定為60%RH時，錫膏溫度和殘留物的關系。(a) SP1; (b) SP2; (c) SP3. (1) 25℃; (2) 40 °C; (3) 60 °C.
高濕度下溫度的影響
由圖3可以發現，在放置了14天后，三種無鉛錫膏都出現了殘留物快速生成的問題。可以判斷出濕度會加速殘留物的出現。在高濕度條件下，殘留物膜會出現開裂現象，酸性物質會發生演變 (圖4)。并且高環境溫度對殘留物演變作用開始變得明顯。更高的溫度會造成更明顯的殘留物膜開裂。
圖3. 濕度恒定為99%RH時，錫膏溫度和殘留物的關系。(a) SP1; (b) SP2; (c) SP3。 (1) 25℃; (2) 40 °C; (3) 60 °C。
圖4. 濕度恒定為99%RH時殘留物膜的變化。(a) SP1; (b) SP2; (c) SP3. (1) 25℃; (2) 40 °C; (3) 60 °C。
結論
濕度低的情況下腐蝕性殘留物生成較少。相反地，高濕度下殘留物較多。因此，高濕度環境是腐蝕性殘留物形成的主導因素。在此前提下,溫度的影響變得更加直觀。
參考文獻
Piotrowska, K., Li, F. & Ambat, R. (2021), “Transformation of reflow solder flux residue under humid conditions”, Microelectronics Reliability, vol.(123).
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