詳解錫膏爬行腐蝕現(xiàn)象

爬行腐蝕是一種電路表面的腐蝕現(xiàn)象，它是由環(huán)境中的硫化物或氯化物等腐蝕性氣體與裸露的銅接觸反應(yīng)而產(chǎn)生的。爬行腐蝕的特點(diǎn)是固體腐蝕物沿著電路與阻焊層或封裝材料的表面遷移生長，形成一種類似蜘蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致相鄰的焊盤或電路之間發(fā)生電氣短路或阻抗變化，影響電子產(chǎn)品的性能和可靠性。

爬行腐蝕的發(fā)生源于裸露的Cu面上。Cu面在含硫物質(zhì)的作用下會(huì)生成大量的黑色的Cu的硫化物，并在Cu的暴露面上及其周圍擴(kuò)散、堆集。

Cu的氧化物是不溶于水的。但是Cu的硫化物和氯化物卻會(huì)溶于水，在濃度梯度的驅(qū)動(dòng)下，具有很高的表面流動(dòng)性。生成物會(huì)由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散。硫化物具有半導(dǎo)體性質(zhì)，且不會(huì)造成短路的立即發(fā)生，但是隨著硫化物濃度的增加，其店主會(huì)逐漸減小并造成短路失效。

此外，該腐蝕產(chǎn)物的電阻值會(huì)隨著溫度的變化而急劇變化，可以從10MΩ下降到1Ω。濕氣（水膜）會(huì)加速這種爬行腐蝕：硫化物（如硫酸、二氧化硫）溶于水會(huì)生成弱酸，弱酸會(huì)造成硫化銅的分解，迫使清潔的Cu面露出來，從而繼續(xù)發(fā)生腐蝕。顯然濕度的增加會(huì)加速這種爬行腐蝕。這種腐蝕發(fā)生的速度很快，有些PCB單板甚至運(yùn)行不到一年就會(huì)發(fā)生失效。

影響爬行腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的主要因素有：大氣環(huán)境（如大氣中的廢氣及濕度）；PCB基材和鍍層材料；焊盤定義；PCBA組裝中的焊接等因素。

作為大氣環(huán)境中促進(jìn)電子設(shè)備腐蝕的元素和氣體，被列舉的有：SO2、NO2、H2S、O2、HCI、Cl2、NH3等，腐蝕性氣體成分的室內(nèi)濃度、蓄積速度、發(fā)生源、影響和容易受影響的材料及容許濃度如表所示。上述氣體一溶于水中，就容易形成腐蝕性的酸和鹽。

表1.腐蝕性其他成分的室內(nèi)濃度、蓄積速度、發(fā)生源、影響及容易受影響的材料及容許濃度

濕度：根據(jù)爬行腐蝕的溶解/擴(kuò)散/沉積機(jī)理，濕度的增加應(yīng)該會(huì)加速硫化腐蝕的發(fā)生。Ping Zhao 等人認(rèn)為，爬行腐蝕的速率與濕度呈指數(shù)關(guān)系。Carig Hillman 等人在混合氣體實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，隨著相對(duì)濕度的上升，腐蝕速率急劇增加，呈拋物線狀。以Cu為例，當(dāng)濕度從60%RH增加到80%時(shí)，其腐蝕速率后者為前者的3.6倍。

為了防止爬行腐蝕的發(fā)生，可以采取以下措施：

采用三防涂敷，即在電路表面涂上一層保護(hù)膜，隔絕外界的腐蝕性氣體；

設(shè)計(jì)和工藝上要減少PCB和元器件的露銅概率，選擇抗腐蝕能力較強(qiáng)的表面處理工藝，如無鉛熱風(fēng)整平、浸錫等，避免使用化學(xué)銀、有機(jī)焊料防護(hù)等；

組裝過程要盡量減少熱沖擊和污染離子殘留，選擇合適的助焊劑，并進(jìn)行有效的清洗；

整機(jī)設(shè)計(jì)要加強(qiáng)溫度和濕度的控制，避免水膜的形成和腐蝕物的溶解；

機(jī)房選址要避開明顯的硫污染，如工業(yè)區(qū)、火山區(qū)、沼澤地等。