PCB技术解密:控制PCB腐蚀原理

PCB腐蚀是电子设备失效的"隐形杀手",PCB工程师团队通过3000+失效案例拆解发现:80%的电路板故障与腐蚀直接相关。

一、腐蚀类型全图鉴:从分子级破坏到系统级失效

1. 大气腐蚀:无处不在的化学攻击

当铜箔暴露在含硫、氯的大气中(如沿海盐雾或工业废气),会生成导电性极差的硫化铜(Cu2S)或氯化铜(CuCl2)。数据显示:相对湿度超过65%时,铜箔氧化速率提升5倍。这类腐蚀初期表现为铜绿,后期可能引发爬行腐蚀——腐蚀产物沿阻焊层缝隙扩散,导致相邻线路短路。

2. 微动腐蚀:机械摩擦的化学助攻

接触点反复摩擦会破坏金属氧化层,暴露出活性更高的基材。以铜-铝连接为例,摩擦产生的微裂纹加速电解液渗透,铝作为阳极的腐蚀速率是铜的3倍。

3. 电化学迁移:电压驱动的金属"迁徙"

在5V偏压作用下,铜离子迁移速度可达0.1μm/h。

4. 晶间腐蚀:金属内部的瓦解

多见于镀金焊盘,当镀层存在>0.5μm的微孔时,底层镍会优先腐蚀。镍层腐蚀产物会顶起金层,导致BGA焊点虚焊。采用ENIG工艺时,镍层厚度需控制在4-6μm,磷含量保持在7-9wt%。

二、腐蚀因子深度拆解:从分子运动到环境应力

1. 电解质:腐蚀反应的"加速器"

NaCl溶液可使铜腐蚀电位正移200mV,这也是沿海设备故障率高的主因。可靠性测试中发现:当表面离子污染度(NaCl当量)超过1.56μg/cm²时,绝缘电阻下降两个数量级。

2. 湿度控制:防腐蚀的黄金法则

当环境湿度>60%RH时,铜表面会形成3nm厚的水膜,为电化学反应提供介质。建议采用三防漆+干燥剂双重防护,将PCB内部湿度控制在30%RH以下。

3. 助焊剂残留:隐形杀手

传统松香型助焊剂的氯含量可达500ppm,残留物在湿热环境下水解生成HCl。

三、PCB防腐蚀实战方案

材料优选

高频板采用PTFE基材(Dk=2.17),相比FR-4材料吸水率降低90%

表面处理优先选用ENIG+OSP复合工艺,耐盐雾能力提升至96h

工艺控制

阻焊层厚度≥15μm,覆盖铜箔边缘形成"堤坝效应"

采用等离子清洗技术,表面能提升至72mN/m,确保三防漆附着力

可靠性验证

通过85℃/85%RH双85测试1000h

执行混合流动气体(MFG)腐蚀试验,模拟10年严苛环境

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