助焊剂腐蚀失效案例分析

助焊剂腐蚀失效案例分析

中国赛宝实验室可靠性研究分析中心

邱宝军邹雅冰

1 前 言

随着国内外环保要求的不断提高，电子产品正全速向低毒、低碳方向前进，由此也引发产品制造业向无铅、无卤方向快速发展。由于无铅焊料的焊接温度范围受到PCB和元器件耐温要求的限制，特别是无铅焊料本身的润湿性较锡铅焊料差，无铅焊接工艺的难度大大得提高，由此导致大量的焊接工艺缺陷。为了客服无铅工艺焊接能力较差的问题，人们纷纷开发了更加适合无铅焊接的焊接辅助材料，其中新型无铅助焊剂在提高无铅焊接能力上起到了很大的作用。但是，助焊剂要起到助焊作用，必然要添加很多化学材料以除去焊料和焊接材料的氧化物，同时降低焊料的表面张力。在利用无铅助焊剂的强去除氧化物，提高焊接质量的同时，必须注意其带来的副作用，如对铜的腐蚀、焊接残留物的腐蚀迁移等。本文以案例的形式，介绍了无铅助焊剂使用不但导致PCB腐蚀的案例，给广大的读者以参考。

2 案例背景

某电视整机制造单位反映其PCBA过完一次回流后，人工在PCB焊接面刷了一层助焊剂，而且这批板子中有些板子还放置了2-3天的时间，然后进行波峰焊接的，焊接后发现大量的铜出现腐蚀现象，严重腐蚀处焊盘铜全部腐蚀，腐蚀比例搞到80%以上。

3 分析过程

显然，从失效样品描述的信息看，样品失效比例很高，且失效位置均位于PCB刷助焊剂一面，由此导致PCB腐蚀的原因可能与预涂助焊剂有关，为了进一步确认失效的原因，必须对失效样品的失效位置，失效特征等进行详细分析。

3.1 外观检查

对失效品进行外观检查，仅发现在裸露的孔环、表贴焊盘及板面上的导线均有缺失现象，铜层缺失位置还残留有锡珠，基板未见明显变色，无爆板分层，代表照详见图1。

裸铜缺失

裸铜缺失

图1 PCB焊盘腐蚀外观形貌

3.2 金相切片分析

对出现裸铜脱落的表贴和插装元器件焊点作金相切片分析，发现裸铜脱落位置的基材上零星还残留一些铜在基材中，在铜层尚还有保留的位置也可明显观察到铜层明显逐渐变薄的痕迹，详见图2；对外观

表现为无裸铜脱落位置的元器件焊点作金相切片分析，发现良好焊锡下的铜焊盘局部铜层也有缺失，就是尚存的铜层厚度也在6-8μm，个别地方不足4μm，而绿油下的铜层厚度在30μm左右，详见图3。

图2发生裸铜脱落的表贴位置截面照

图3 外观表现良好的位置截面图

3.3 工艺模拟

将委托单位所送的助焊剂涂覆在所送的空板的焊接面上，并在试验室环境下放置96小时后再作参照J-STD-003B作255℃、5秒的漂锡，试验后对焊盘再作金相切片，发现焊锡下的铜层比绿油下的铜层厚度明显减少，详见图4。

图4工艺模拟后焊盘截面照片

4 综合分析及结论

失效品裸铜脱落处的基材面上还零星残留一些铜，且个别脱落位置还有很薄的铜且铜上有焊锡，而外观表现为裸铜无脱落的焊盘或孔环上的铜层厚度在6-8μm，个别位置铜厚不足4μm，而绿油下铜厚在30μm，此结果表明失效品上所有裸铜均不同程度的变薄。

利用委托单位送的与失效品相同的PCB板、同类型同厂家的助焊剂作当时失效品的工艺模拟，将助焊剂涂覆在空板上，放在试验室环境下暴露96小时后作漂焊，发现焊锡位置的铜层厚度明显减少，但是减少的程度低于失效样品呈现的特征。

结合失效品所经历的工艺特征，可以判定当时使用的助焊剂腐蚀性太强，在涂覆后与铜层发生较强的化学反应，使铜层减薄，而随着焊接次数及助焊剂在裸铜表面停留时间的增加，反应量的增大，铜层厚度减少量也随之增加。助焊剂在PCB板面涂刷2天后才焊接，时间确实过长，违反一般的焊接工艺要求，特别是腐蚀性过高的情况下会反应掉一部铜。

综合上述 分析可知：裸铜脱落主要原因是当时使用的助焊剂腐蚀性太强腐蚀铜所致；而多次的焊接，焊料的溶铜效应也会促进铜层的进一步减薄，加之助焊剂本身的腐蚀作用，造成随着焊接次数的增加，裸铜脱落的不良率也随之升高。

显然，裸铜脱落主要原因是使用的该批次助焊剂腐蚀性太强腐蚀铜所致的。

5 建 议

从上述案例可以看出，盲目追求其焊接效果而选用腐蚀性强的助焊剂将导致非常严重的后果，由此在助焊剂选择时，除考察期助焊性能外，还应该充分考虑其对产品可靠性的影响，特别是腐蚀性，耐迁移能力的影响。