电路板上白色残渣分析

>> 杭州富通昭和线缆材料研究开发有限公司 周林平

电路板上白色残渣分析

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一 前言

在生产实践中,经常发现电路板表面上残留有明显的白色残渣,特别是表面组装的元器件,其焊点上的白色残渣更为明显,尤其是表面贴装的细间距器件引脚之间,如图1-4所示，图1是电路板的整体形貌，图2,3,4中红色虚线范围内的即为电路板上的白色残渣。这些白色残渣严重影响电路板的外观,使得电路板最终难以通过检测,增加额外的返修工作,而且最终有些狭缝当中的残渣依然难以去除,只能降低要求通过检验。该白色残渣由于经过溶剂的浸泡,外观表现为疏松的物质,极易吸收空气当中的潮气和各种腐蚀性气体,特别在沿海一带高盐雾的地区,有可能对电路板长期工作的可靠性造成严重影响。

图1 电路板整体图

图2 电路板局部白色残渣

图3 电路板局部白色残渣

图4 电路板局部白色残渣

二 试验

为了确认电路板上的 白色残渣的成分，对白色残渣进行 取样分别进行了红外分析和能谱分析。

2.1 试验设备：显微红外光谱仪，扫描电镜

2.2 试验结果与讨论

2.2.1 红外分析

对电路板上局部的白色残渣分别进行取样红外分析（见图2,3,4上的白色残渣），三处样品的红外分析曲线一本一致，见图5。经过红外标准谱库的检索，

发现白色残渣和松香树脂的标准红外吸收曲线非常一致，匹配率高达95%。故初步判断电路板上的白色残渣很可能为松香树脂成分。

图5 白色残渣显微红外分析及检索结果

2.2.2 能谱分析

用镊子在显微镜下取样电路板上的白色残渣，在扫描电镜下进行能谱分析。在扫描电镜下将白色残渣放大230倍进行写真，随机选择点扫描位置进行元素分析，分析结果见图6-8。从分析结果分析，白色残渣的元素成分比较一致，都包含C，O, Sn。结合电路板的实际工艺，从侧面又证明白色残渣的成分很大可能为焊接用的松香树脂粉，松香树脂的主要元素包含C和O,对于能谱结果中包含少量的Sn的成分，可能是在用镊子取样时焊锡有部分夹杂在白色异物中。

图6 白色残渣能谱分析

图8 白色残渣能谱分析

三 白色残渣形成的可能原因分析

白色残渣形成的可能原因主要包括松香的氧化和松香的聚合。

3.1 氧化松香残渣

松香树脂主要由松香酸组成,由于它的分子中有不饱和的双键,因此特别容易氧化。电路板在焊接受热时,松香酸迅速氧化形成过氧化物和酮化合物,这些化学成分比原来的树脂更不容易溶于溶剂。这样,在电路板表面就会有明显的不规则的白斑分布,而且在电路板受热较厉害的部分更加明显。由于该白斑的形成常常是因为电路板过度受热引起,因此,这种白斑常常出现在有大面积接地层需要特别加热才能完成焊接的多层印制板中。由于在表面组装的再流焊工艺中,受热时间较长,相对比较容易引起电路板过度受热,因此这种白色残渣在表面组装的电路板中尤为常见。

3.2 聚合松香残渣

另一种常见的白色残渣来源是松香型焊剂在焊接过程中的聚合反应。松香型焊剂的聚合反应常常是因为电路板过度受热引起,跟氧化松香的成因一样,这种白色残留也常见于比较厚的多层电路板和比较容易引起电路板过热的表面组装再流焊工艺当中。当松香聚合时,会形成一些长链的分子,不溶解于任何普通的溶剂。清洗焊剂的溶剂只会溶解短链的部分,剩下的长链部分顽固地牢牢地附着在电路板表面,这就是聚合松香白渣。聚合松香是公认的最常见的白色残渣的形成原因,但是,它的形成需要焊料表面的锡氧化物做催化剂。

四 总结

由上述分析可知，电路板焊接后出现白色残渣主要是由于焊接温度较高造成的，针对这个原因，提出以下解决措施：电路板焊接时规定适当的焊接温度及焊接时间，同一焊点的焊接次数。了解了电路板焊接后出现白斑的影响，可以准确对印制板焊接后出现白斑的组件如何处置进行判定。电路板出现白斑表明在电路板组装工序已经失去控制，对造成白斑的原因采取相应的措施，有效避免电路板焊接后出现白斑，从而提高电路板的焊接质量。