PCB爬行腐蝕現象介紹-深圳福英達
PCB爬行腐蝕現象介紹
爬行腐蝕是一種電路表面的腐蝕現象，它是由環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而產生的。爬行腐蝕的特點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的結構，導致相鄰的焊盤或電路之間發生電氣短路或阻抗變化，影響電子產品的性能和可靠性。爬行腐蝕的發生源于裸露的Cu面上。在含有硫物質的環境中，銅表面會生成大量黑色的銅硫化物，并在銅表面及其周圍擴散和積聚。
圖1.通孔焊盤上的爬行腐蝕（左）和放大圖（右）
銅的氧化物不溶于水，然而銅的硫化物和氯化物卻可溶于水，并在濃度梯度的作用下具有高表面流動性。生成物會從高濃度區域擴散至低濃度區域。硫化物表現出半導體性質，不會立即導致短路，但隨著硫化物濃度的增加，其危害逐漸顯現，最終導致短路失效。
此外，腐蝕產物的電阻值會隨著溫度變化而急劇變化，可以從10MΩ下降到1Ω。濕氣（水膜）會加速爬行腐蝕過程：硫化物（如硫酸、二氧化硫）溶于水會生成弱酸，弱酸會造成硫化銅的分解，迫使清潔的Cu面露出來，從而繼續發生腐蝕。顯然濕度的增加會加速這一腐蝕的過程。這種腐蝕發生的速度很快，一些PCB單板甚至在一年內就可能失效。
大氣環境：作為大氣環境中促進電子設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濃度、蓄積速度、發生源、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.腐蝕性氣體成分的室內濃度、蓄積速度、發生源、影響及容易受影響的材料及容許濃度
濕度：根據爬行腐蝕的溶解/擴散/沉積機理，濕度的增加會加速硫化腐蝕的發生。據Ping Zhao等人研究，爬行腐蝕的速率與濕度呈指數關系。Carig Hillman 等人在混合氣體實驗表明，隨著相對濕度的上升，腐蝕速率急劇增加，呈拋物線狀。以Cu為例，當濕度從60%RH增加到80%時，其腐蝕速率后者為前者的3.6倍。
焊接工序：焊接工序也是一個重要的影響因素。回流焊的熱沖擊可能導致綠油局部微小剝離，或破壞某些表面處理（如OSP），增加電子產品暴露銅的風險，從而提高爬行腐蝕的可能性。
PCB基材和鍍層材料：PCB基材和鍍層材料的選擇也對爬行腐蝕有顯著影響。研究表明，在Au/Pd/SnPb三種鍍層結構下，黃銅的抗爬行腐蝕能力最好，CuNi最差；SnPb表面處理是最不容易腐蝕的，而Au、Pd表面上的腐蝕產物爬行距離最長。Alcatel-Lucent的研究發現，各種表面處理的抗腐蝕能力排序為ImSn~HASL>>ENIG>OSP>ImAg。化學銀本身不會導致爬行腐蝕，但在其表面處理中發生的概率較高，因為化學銀的PCB露銅或表面微孔更為嚴重，使裸露的銅更容易受腐蝕。
采用三防涂敷，即在電路表面涂上一層保護膜，隔絕外界的腐蝕性氣體；
設計和工藝上要減少PCB和元器件的露銅概率，選擇抗腐蝕能力較強的表面處理工藝，如無鉛熱風整平、浸錫等，避免使用化學銀、有機焊料防護等；
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，并進行有效的清洗；
整機設計要加強溫度和濕度的控制，避免水膜的形成和腐蝕物的溶解；
機房選址要避開明顯的硫污染，如工業區、火山區、沼澤地等。
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