引言

PCBA在生產(chǎn)、存儲(chǔ)、加工等過程中，因外來污染物、板子受潮、助焊劑殘留等原因時(shí)常導(dǎo)致PCBA燒毀、電遷移失效的問題，降低產(chǎn)品可靠性、提高企業(yè)生產(chǎn)成本。本文以PCBA燒毀失效為例，通過外觀檢查、表面分析、切片分析等方法，分析其失效原因與機(jī)理，并提出預(yù)防對(duì)策。

一、案例背景

某PCBA在生產(chǎn)后半年噴涂三防漆，上電后10多小時(shí)，V相與W相銅皮之間爬電打火，壓差為380VAC。現(xiàn)分析確認(rèn)PCBA燒毀原因。

二、分析過程

1. 外觀檢查

對(duì)PCBA燒毀區(qū)域及其周圍區(qū)域進(jìn)行外觀檢查。燒毀區(qū)域明顯發(fā)黑，局部碳化明顯。燒毀位置周邊區(qū)域，三防漆下面發(fā)現(xiàn)較多黃色異物，疑似助焊劑殘留現(xiàn)象。

圖1. 燒毀區(qū)域及周圍外觀檢查照片

2. 表面分析

為了觀察燒毀區(qū)域微觀形貌及確認(rèn)該區(qū)域所含元素成分，利用SEM+EDS對(duì)其進(jìn)行分析。

燒毀區(qū)域表面形貌觀察及成分分析如下：①燒毀區(qū)域局部位置發(fā)現(xiàn)較高含量的Sn元素（P1-2）及Cu元素（P1-3），放大后，未發(fā)現(xiàn)明顯遷移枝晶形貌；②燒毀區(qū)域多處位置發(fā)現(xiàn)異常元素存在，推測(cè)燒毀區(qū)域存在外來污染影響。

圖2. 燒毀區(qū)域表面SEM圖片及EDS能譜圖

3. FTIR分析

為了確認(rèn)燒毀位置及三防漆化學(xué)成分，利用FTIR對(duì)兩處位置進(jìn)行測(cè)試分析。

FTIR測(cè)試結(jié)果：

1. 三防漆的主要成分為醇酸聚氨酯漆;

2. 燒毀位置處的主要成分為羧酸鹽，1564cm-1及1411cm-1處來自羧酸鹽COO-伸縮振動(dòng)吸收。黑色物質(zhì)在3391cm-1及1460cm-1處出現(xiàn)水的特征吸收。

以上結(jié)果顯示，燒毀位置發(fā)現(xiàn)羧酸鹽及水成分，羧酸鹽為助焊劑中活性成分羧酸（酸性）與金屬氧化物反應(yīng)后產(chǎn)物，故燒毀位置存在酸性助焊劑殘留現(xiàn)象。水分的存在說明燒毀位置較為潮濕。三防漆成分為醇酸聚氨酯漆，屬于熱固性樹脂，化學(xué)性能較穩(wěn)定。

圖3. 燒毀位置及三防漆FTIR譜圖

4. 剖面分析

為了觀察燒毀位置及周邊未燒毀位置截面狀況，對(duì)其切片后進(jìn)行形貌觀察及成分分析，結(jié)果如下。

Row1：①燒毀區(qū)域（P1）表層玻纖及綠油被碳化，表層局部位置除發(fā)現(xiàn)Sn、Cu金屬元素外，還發(fā)現(xiàn)Na、Cl、K異常元素；②未燒毀區(qū)域（P2），三防漆下面發(fā)現(xiàn)大量助焊劑殘留，成分測(cè)試顯示，殘留助焊劑中含有較高的Sn及少量Br元素，局部位置Sn含量高達(dá)61.6%wt及72.4%wt；③助焊劑未殘留位置（P3），三防漆與綠油貼附完好。

圖4. 燒毀區(qū)域及周邊區(qū)域切片后（row1）SEM圖片及EDS能譜圖

Row2：①未燒毀區(qū)域（P1、P2），三防漆下面同樣發(fā)現(xiàn)較多助焊劑殘留，助焊劑中Sn含量偏高，局部高達(dá)63.6%wt及85.8%wt，還發(fā)現(xiàn)Na、Cl、K異常元素存在；②未燒毀區(qū)域（P3），因助焊劑殘留影響，導(dǎo)致三防漆局部位置厚度過薄。

圖5. 周邊區(qū)域切片后（row2）SEM圖片及EDS能譜圖

以上結(jié)果可知，①燒毀區(qū)域局部位置發(fā)現(xiàn)Sn、Cu金屬元素及Na、Cl、K異常元素；②燒毀區(qū)域周邊區(qū)域，三防漆下面發(fā)現(xiàn)較高助焊劑殘留現(xiàn)象，殘留助焊劑含有較高Sn元素及少量Na、Cl、K異常元素；③局部位置助焊劑殘留較多，也影響了該位置三防漆的涂敷效果，無較多助焊劑殘留的區(qū)域，三防漆涂層良好，三防漆與綠油貼附完好。

三、總結(jié)分析

通過對(duì)燒毀區(qū)域及周邊區(qū)域外觀檢查發(fā)現(xiàn)，燒毀區(qū)域明顯發(fā)黑，局部碳化明顯。燒毀位置周邊區(qū)域，三防漆下面發(fā)現(xiàn)較多黃色異物，疑似助焊劑殘留現(xiàn)象。

燒毀區(qū)域表面進(jìn)行形貌觀察及成分分析發(fā)現(xiàn)：①燒毀區(qū)域局部位置發(fā)現(xiàn)較高含量的Sn及Cu元素，放大后，未發(fā)現(xiàn)明顯枝晶形貌；②燒毀區(qū)域多處位置發(fā)現(xiàn)Na、Cl、K異常元素存在，推測(cè)燒毀區(qū)域存在外來污染影響。

FTIR分析結(jié)果顯示：燒毀位置存在酸性助焊劑及水分殘留現(xiàn)象，而三防漆成分為醇酸聚氨酯漆，屬于熱固性樹脂，化學(xué)性能較穩(wěn)定。

為了進(jìn)一步確認(rèn)燒毀區(qū)域截面狀況及周邊三防漆下面異物成分，對(duì)燒毀區(qū)域及周邊區(qū)域進(jìn)行切片分析，結(jié)果顯示：①燒毀區(qū)域局部位置發(fā)現(xiàn)Sn、Cu金屬元素及少量Na、Cl、K元素；②燒毀區(qū)域周邊區(qū)域，三防漆下面發(fā)現(xiàn)較高助焊劑殘留現(xiàn)象，殘留助焊劑含有較高Sn元素及少量Na、Cl、K元素；③局部位置助焊劑殘留較多，也影響了該位置三防漆的涂敷效果，無較多助焊劑殘留的區(qū)域，三防漆涂層良好，三防漆與綠油貼附完好。

綜上所述，PCBA燒毀主要與三防漆涂層下面Sn含量較高的助焊劑殘留有關(guān)。當(dāng)助焊劑殘留后，助焊劑屬于極性物質(zhì)，在三防漆涂覆之前的儲(chǔ)存過程中極易吸潮，吸潮后的助焊劑然后被三防漆覆蓋，這樣助焊劑中較高含量的金屬成分（助焊劑中活性成分與金屬氧化物反應(yīng)后產(chǎn)物）及雜質(zhì)在潮濕及酸性環(huán)境（助焊劑呈酸性）共同作用下產(chǎn)生出活性離子，活性離子在電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)而產(chǎn)生漏電，最終導(dǎo)致PCBA燒毀。

四、結(jié)論與建議

導(dǎo)致PCBA燒毀的原因：涂覆三防漆之前，燒毀區(qū)域殘留Sn含量較高的助焊劑，而助焊劑有吸潮現(xiàn)象，吸潮后的助焊劑被覆蓋在三防漆下面，這樣助焊劑中較高含量的金屬成分（助焊劑中活性成分與金屬氧化物反應(yīng)后產(chǎn)物）及雜質(zhì)在潮濕及酸性環(huán)境（助焊劑呈酸性）共同作用下產(chǎn)生出活性離子，活性離子在電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)而產(chǎn)生漏電，最終導(dǎo)致PCBA燒毀。

改善建議

1. 涂覆三防漆之前對(duì)PCBA進(jìn)行局部清洗處理，去除助焊劑殘留及雜質(zhì)；

2. 如無法進(jìn)行清洗處理，建議對(duì)來料錫膏及所用到的焊料進(jìn)行SIR（表面絕緣電阻測(cè)試）及ECM（電化學(xué)遷移測(cè)試）評(píng)估；

3. 涂敷三防漆前，避免PCBA受到外來污染，同時(shí)避免儲(chǔ)存受潮。

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