影響印制電路板離子污染度的一些因素研究

張 翔 王景春

（蘇杭科技有限公司，江蘇 漣水 320583）

2019年A客戶投訴我公司印制電路板（PCB）產(chǎn)品在終端客戶出現(xiàn)短路異常，經(jīng)第三方檢測(cè)不良品的離子污染超標(biāo)，認(rèn)為這是導(dǎo)致PCBA短路原因之一。客戶提出后續(xù)PCB產(chǎn)品離子污染要求從＜0.5 μg NaCl/cm2提高至＜0.3 μg NaCl/cm2。為此，我們對(duì)引起PCB離子污染的一些因素和改善措施進(jìn)行了分析研究，以便達(dá)到客戶要求。

1 影響離子污染的一些因素

1.1 對(duì)離子污染認(rèn)識(shí)

在PCB表面存在或吸附了破壞其性能的雜質(zhì)，稱為被污染；而此污染物以離子型存在就稱為離子型污染。目前離子污染的程度以NaCl/cm2來(lái)衡量。

極性的離子污染物的種類：

（1）氯離子（Cl-），主要來(lái)源于助焊劑、汗?jié)n、自來(lái)水等等；（2）溴離子（Br-），做為環(huán)氧玻璃布中阻燃劑添加到阻焊油墨、字符油墨和一些以溴為活性材料的助焊劑殘留物；（3）硫酸根離子（SO42-），各種牛皮紙、塑料材料和微蝕所用的酸；（4）氨基磺酸（NH2S03H），電鍍工藝中和熱風(fēng)整平焊錫（HASL）助焊劑中用到作為活性劑。

離子遷移模擬試驗(yàn)：兩個(gè)連接盤之間滴上萃取液，加10 V直流電壓，隨著時(shí)間的變化可看出連接盤之間離子在移動(dòng)，最后導(dǎo)致連接盤之間相連，形成短路。如圖1所示。

圖1 連接盤之間離子遷移

1.2 離子污染源查找

本文重點(diǎn)對(duì)不同廠家板材、不同油墨、不同表面處理及操作不當(dāng)?shù)人膫€(gè)方面進(jìn)行測(cè)試研究。

（1）板材對(duì)離子污染影響。選取廠里常用的A、B兩種基板，未做處理直接測(cè)試，比對(duì)結(jié)果如表1?？梢?jiàn)板材對(duì)于離子污染度影響較小。

（2）不同顏色阻焊油墨對(duì)離子污染影響。選取廠里常用的A、B兩種基板，及綠色、亮白色、啞白色三種阻焊油墨，分別印刷油墨和熱風(fēng)整平焊錫，常規(guī)清洗后測(cè)試污染度，結(jié)果如表2。可見(jiàn)綠色油墨離子污染度影響較小，亮白色、啞白色油墨影響較大。

（3）不同表面處理對(duì)離子污染影響。PCB最終表面涂飾采用熱風(fēng)整平焊錫（HASL）、化學(xué)鍍鎳/金（ENIG）、化學(xué)浸錫（IMSn）和防氧化劑（OSP），按常規(guī)工藝處理清洗后測(cè)試離子污染度，結(jié)果如表3。可見(jiàn)熱風(fēng)整平焊錫離子污染度影響較大，其它三種影響較小。

（4）后續(xù)操作不當(dāng)對(duì)離子污染影響。在生產(chǎn)中人工操作也可能影響PCB表面污染度，現(xiàn)對(duì)HASL后板子進(jìn)行了污染度測(cè)試，待進(jìn)行了字符印刷、外形加工、電路檢測(cè)和最終檢測(cè)后再進(jìn)行污染度測(cè)試，數(shù)據(jù)比較見(jiàn)圖1?？梢?jiàn)，人為操作中裸手拿板、汗?jié)n殘留等對(duì)離子污染影響較大。

2 離子污染改善方案

通過(guò)增加成品入庫(kù)前去離子水（DI）清洗、新型助焊劑生產(chǎn)、專用清洗劑清洗三個(gè)方案進(jìn)行改善研究。

2.1 增加成品入庫(kù)前去離子水清洗

對(duì)熱風(fēng)整平焊錫表面涂飾的PCB，在成品入庫(kù)前進(jìn)行去離子水噴淋清洗烘干，并在1 h內(nèi)真空包裝，明顯改善了板面離子污染度。如表4所示，對(duì)PCB型號(hào)2T419002進(jìn)行抽測(cè)，有15組數(shù)據(jù)顯示去離子水（DI）清洗前后的離子污染度差別很大。清洗后達(dá)到＜0.3 μg NaCL/cm2的要求。

2.2 新型助焊劑生產(chǎn)

同樣的熱風(fēng)整平焊錫（HASL）表面涂飾，而在工藝過(guò)程中采用助焊劑類型不同也會(huì)影響到板面污染度。我們常規(guī)用助焊劑809KA（或KB），改用新型助焊劑809 KS，HASL后清洗條件相同情況下得出板面污染度不同，抽測(cè)15組數(shù)據(jù)如表5?？梢?jiàn)，采用助焊劑809 KS可以降低離子污染，達(dá)到＜0.3 μg NaCL/cm2要求。

2.3 專用的離子清洗劑清洗

為了提高板面清潔度，可釆用專用的離子清洗劑清洗，我們進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。對(duì)三種不同阻焊劑的PCB，在HASL過(guò)程后分別進(jìn)行常規(guī)清洗與專用清洗液清洗，然后檢測(cè)板面離子污染度，結(jié)果如表6。

可見(jiàn)，雖然三種不同阻焊劑PCB在HASL后的板面離子污染度不一樣，而在專用清洗液清洗后都能達(dá)到＜0.3 μg NaCL/cm2要求，使用專用清洗劑可以解決離子污染問(wèn)題。

表1 板材離子污染度測(cè)試 （單位：μg）

表2 不同顏色阻焊油墨對(duì)離子污染影響測(cè)試 （單位：μg）

表3 不同表面涂飾對(duì)離子污染度影響 （單位：μg）

圖1 后續(xù)操作對(duì)離子污染影響 （單位：μg）

表4 成品入庫(kù)前進(jìn)行DI水清洗前后板面離子污染度對(duì)比（單位：μg）

表5 不同助焊劑的板面污染度數(shù)據(jù) （單位：μg）

2.4 不同改善方法總結(jié)

以上三種不同方法都可改善PCB板面離子污染度，對(duì)三種方法比較可得出圖2。可見(jiàn)，專用清洗劑效果優(yōu)于新型助焊劑清洗效果，新型助焊劑清洗效果優(yōu)于成品入庫(kù)前去離子水清洗效果；但采用專用清洗劑成本會(huì)增加。

表6 不同阻焊劑的不同清洗后板面離子污染度數(shù)據(jù) （單位：μg）

圖2 改善板面離子污染度三種方法比較

3 總結(jié)

此次研究通過(guò)對(duì)不同廠家板材、不同油墨、不同表面處理及操作不當(dāng)四個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試研究，篩選出對(duì)PCB離子污染有影響的因素，通過(guò)增加成品入庫(kù)前去離子水清洗、新型助焊劑生產(chǎn)、專用清洗劑清洗三個(gè)方案進(jìn)行改善，可以降低離子污染。因我公司客戶群中大多數(shù)對(duì)于離子污染要求小0.5 μg NaCl/cm2，個(gè)別客戶要求小于0.3 μg NaCl/cm2，針對(duì)不同的客戶要求和結(jié)合生產(chǎn)成本，我們選擇不同方式最終滿足客戶要求。