在以往研究的基礎(chǔ)上，文中結(jié)合電路板大氣污染物防護(hù)的實(shí)際問(wèn)題，從電路板典型腐蝕失效和保護(hù)涂層的涂覆薄弱點(diǎn)入手，探討電路板類(lèi)產(chǎn)品應(yīng)對(duì)大氣污染物的具體防護(hù)措施。
大氣污染物分類(lèi)
根據(jù)ANSI／ISA－71．04的描述，影響設(shè)備工作的空氣中的污染物有固體、液體、氣體三種形態(tài)。各形態(tài)中對(duì)電路板影響較大的物質(zhì)如下所述。
1）固態(tài)微粒——灰塵。灰塵中通常含有氯離子、硫酸根、硝酸根等水溶性鹽分。除了直接使設(shè)備內(nèi)部金屬接插件或金屬觸點(diǎn)接觸不良外，還會(huì)在金屬表面促使水膜的形成。水溶性成分溶解在水膜中，將會(huì)加速金屬腐蝕的發(fā)生，導(dǎo)致電路板絕緣阻抗下降。若在電路板工作過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生更為嚴(yán)重的電偶腐蝕。
2）液態(tài)空氣污染物——鹽霧。此處描述的液態(tài)空氣污染物除了廣義上的液體外，還包含了被氣體攜帶的液體和空氣中霧化液滴狀物的氣溶膠。沿海地區(qū)的空氣中，鹽霧含量較高，主要成分是NaCl，NaCl在化學(xué)上比較不活潑，但在潮濕及有水的情況下，會(huì)產(chǎn)生Cl－，與Cu、Ni、Ag等金屬或合金反應(yīng)。同時(shí)NaCl作為一種強(qiáng)電解質(zhì)，在低于臨界相對(duì)濕度的情況下，可以在附著表面發(fā)生結(jié)露，離解生成Cl－，溶解在電路板表面的液膜或液滴中。在一定濃度Cl－下，電子設(shè)備開(kāi)始出現(xiàn)局部腐蝕，隨著新的不致密腐蝕產(chǎn)物的出現(xiàn)，進(jìn)一步破壞設(shè)備表面的防護(hù)層，腐蝕速率迅速增大。
3）氣態(tài)空氣污染物——S02、H2S。含硫化合物是大氣中***主要的污染物之一，大氣中H2S和SO2主要來(lái)自采礦、含硫燃料的燃燒及冶金、硫酸制造等工業(yè)過(guò)程。H2S和SO2是強(qiáng)可變組分，H2S在加熱情況下可分解為H2和S。排放到空氣中的SO2與潮濕空氣中的O2和水蒸氣反應(yīng)，在粉塵等催化劑作用下化合生成H2SO4。
腐蝕失效機(jī)理和形態(tài)
由腐蝕引起的電化學(xué)遷移（Electrochemical migration，ECM）是電子產(chǎn)品腐蝕失效的主要原因。電化學(xué)遷移存在兩種不同的形式：一種是金屬離子遷移到陰極，還原沉積形成枝晶，并向陽(yáng)極生長(zhǎng)；另外一種是陽(yáng)極向陰極生產(chǎn)的導(dǎo)電陽(yáng)極絲（Conducting anodic filaments，CAF）。金屬的電化學(xué)遷移***終會(huì)造成電路的短路漏電流，從而造成系統(tǒng)的失效。
電路板出現(xiàn)的大氣腐蝕機(jī)制中，材料表面的吸附液膜扮演著重要角色。液膜厚度在1μm以上的腐蝕***為嚴(yán)重，液膜之下主要發(fā)生的是電化學(xué)反應(yīng)。常見(jiàn)的電子設(shè)備在空氣中出現(xiàn)的腐蝕形態(tài)，可以大致分為以下幾類(lèi)。
1）局部腐蝕。腐蝕集中在金屬材料表面的小部分區(qū)域內(nèi)，其余大部分表面腐蝕輕微或不發(fā)生腐蝕。主要由于金屬表面狀態(tài)（涂層缺陷、化學(xué)成分等）和腐蝕介質(zhì)分布的不均勻，導(dǎo)致電化學(xué)性不均勻，即不同的部位具有不同的電極電位，從而形成電位差，驅(qū)動(dòng)局部腐蝕的產(chǎn)生。在局部腐蝕過(guò)程中，陽(yáng)極區(qū)域和陰極區(qū)域區(qū)別明顯，通常形成小陽(yáng)極大陰極的組態(tài)，陽(yáng)極腐蝕嚴(yán)重。
2）微孔腐蝕。一種特殊的局部腐蝕，常見(jiàn)于鍍金元件上的特殊電偶腐蝕。由于鍍層表面微孔或其他缺陷的存在，中間過(guò)渡層甚至基體金屬暴露在大氣中，Au與其他金屬形成大陰極小陽(yáng)極的電偶對(duì)，發(fā)生電化學(xué)腐蝕。腐蝕產(chǎn)物的出現(xiàn)進(jìn)一步導(dǎo)致表面缺陷的增大，***終導(dǎo)致鍍層破壞。受接觸表面微孔腐蝕產(chǎn)物的影響，腐蝕區(qū)域?qū)⒈憩F(xiàn)出較高的接觸阻抗和相移。
3）電解腐蝕。在相鄰導(dǎo)體間距較近且存在偏壓的情況下，將形成較強(qiáng)的電場(chǎng)。若此時(shí)導(dǎo)體存在液膜，電位較高的導(dǎo)體將會(huì)被溶液電解，形成的離子向另一導(dǎo)體遷移，導(dǎo)致導(dǎo)體間絕緣性能迅速下降，破壞導(dǎo)體，***終導(dǎo)致設(shè)備失效。
典型腐蝕與防護(hù)
電路板典型腐蝕失效
電路板上會(huì)用到多種物料，物料的選型對(duì)于腐蝕反應(yīng)的發(fā)生有重要影響。以工程實(shí)際中遇到的厚膜電阻硫化、SMD LED兩種典型硫化失效和印制板銅腐蝕為例，比較不同器件封裝結(jié)構(gòu)和材料選擇對(duì)電路板抗腐蝕能力的影響。
1）厚膜貼片電阻硫化腐蝕。厚膜電阻的面電極含有銀元素，銀元素暴露在空氣中極易與硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如果外部保護(hù)層和電鍍層沒(méi)有緊密結(jié)合，則面電極會(huì)與空氣中的硫接觸。當(dāng)空氣中含有大量含硫化合物時(shí)，銀與硫化物反應(yīng)生成硫化銀，由于硫化銀不導(dǎo)電，且體積比銀大，在化合后，體積膨脹，導(dǎo)致原先銀層的斷層，電阻值逐漸增大，直至斷路。為了防止厚膜電阻硫化，可選用抗硫化能力強(qiáng)的電阻。在面電極上涂覆保護(hù)層，通過(guò)導(dǎo)入不含Ag、且具有導(dǎo)電性的硫化保護(hù)層，從而保護(hù)上面電極，******杜絕硫化的通路。典型抗硫化電阻封裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過(guò)1年的對(duì)比應(yīng)用試驗(yàn)表明，電阻硫化失效率大大降低，新封裝結(jié)構(gòu)的厚膜電阻具有良好的抗硫化作用。
