影响印制电路板离子污染度的一些因素研究

张 翔 王景春

（苏杭科技有限公司，江苏 涟水 320583）

2019年A客户投诉我公司印制电路板（PCB）产品在终端客户出现短路异常，经第三方检测不良品的离子污染超标，认为这是导致PCBA短路原因之一。客户提出后续PCB产品离子污染要求从＜0.5 μg NaCl/cm2提高至＜0.3 μg NaCl/cm2。为此，我们对引起PCB离子污染的一些因素和改善措施进行了分析研究，以便达到客户要求。

1 影响离子污染的一些因素

1.1 对离子污染认识

在PCB表面存在或吸附了破坏其性能的杂质，称为被污染；而此污染物以离子型存在就称为离子型污染。目前离子污染的程度以NaCl/cm2来衡量。

极性的离子污染物的种类：

（1）氯离子（Cl-），主要来源于助焊剂、汗渍、自来水等等；（2）溴离子（Br-），做为环氧玻璃布中阻燃剂添加到阻焊油墨、字符油墨和一些以溴为活性材料的助焊剂残留物；（3）硫酸根离子（SO42-），各种牛皮纸、塑料材料和微蚀所用的酸；（4）氨基磺酸（NH2S03H），电镀工艺中和热风整平焊锡（HASL）助焊剂中用到作为活性剂。

离子迁移模拟试验：两个连接盘之间滴上萃取液，加10 V直流电压，随着时间的变化可看出连接盘之间离子在移动，最后导致连接盘之间相连，形成短路。如图1所示。

图1 连接盘之间离子迁移

1.2 离子污染源查找

本文重点对不同厂家板材、不同油墨、不同表面处理及操作不当等四个方面进行测试研究。

（1）板材对离子污染影响。选取厂里常用的A、B两种基板，未做处理直接测试，比对结果如表1。可见板材对于离子污染度影响较小。

（2）不同颜色阻焊油墨对离子污染影响。选取厂里常用的A、B两种基板，及绿色、亮白色、哑白色三种阻焊油墨，分别印刷油墨和热风整平焊锡，常规清洗后测试污染度，结果如表2。可见绿色油墨离子污染度影响较小，亮白色、哑白色油墨影响较大。

（3）不同表面处理对离子污染影响。PCB最终表面涂饰采用热风整平焊锡（HASL）、化学镀镍/金（ENIG）、化学浸锡（IMSn）和防氧化剂（OSP），按常规工艺处理清洗后测试离子污染度，结果如表3。可见热风整平焊锡离子污染度影响较大，其它三种影响较小。

（4）后续操作不当对离子污染影响。在生产中人工操作也可能影响PCB表面污染度，现对HASL后板子进行了污染度测试，待进行了字符印刷、外形加工、电路检测和最终检测后再进行污染度测试，数据比较见图1。可见，人为操作中裸手拿板、汗渍残留等对离子污染影响较大。

2 离子污染改善方案

通过增加成品入库前去离子水（DI）清洗、新型助焊剂生产、专用清洗剂清洗三个方案进行改善研究。

2.1 增加成品入库前去离子水清洗

对热风整平焊锡表面涂饰的PCB，在成品入库前进行去离子水喷淋清洗烘干，并在1 h内真空包装，明显改善了板面离子污染度。如表4所示，对PCB型号2T419002进行抽测，有15组数据显示去离子水（DI）清洗前后的离子污染度差别很大。清洗后达到＜0.3 μg NaCL/cm2的要求。

2.2 新型助焊剂生产

同样的热风整平焊锡（HASL）表面涂饰，而在工艺过程中采用助焊剂类型不同也会影响到板面污染度。我们常规用助焊剂809KA（或KB），改用新型助焊剂809 KS，HASL后清洗条件相同情况下得出板面污染度不同，抽测15组数据如表5。可见，采用助焊剂809 KS可以降低离子污染，达到＜0.3 μg NaCL/cm2要求。

2.3 专用的离子清洗剂清洗

为了提高板面清洁度，可釆用专用的离子清洗剂清洗，我们进行了对比测试。对三种不同阻焊剂的PCB，在HASL过程后分别进行常规清洗与专用清洗液清洗，然后检测板面离子污染度，结果如表6。

可见，虽然三种不同阻焊剂PCB在HASL后的板面离子污染度不一样，而在专用清洗液清洗后都能达到＜0.3 μg NaCL/cm2要求，使用专用清洗剂可以解决离子污染问题。

表1 板材离子污染度测试 （单位：μg）

表2 不同颜色阻焊油墨对离子污染影响测试 （单位：μg）

表3 不同表面涂饰对离子污染度影响 （单位：μg）

图1 后续操作对离子污染影响 （单位：μg）

表4 成品入库前进行DI水清洗前后板面离子污染度对比（单位：μg）

表5 不同助焊剂的板面污染度数据 （单位：μg）

2.4 不同改善方法总结

以上三种不同方法都可改善PCB板面离子污染度，对三种方法比较可得出图2。可见，专用清洗剂效果优于新型助焊剂清洗效果，新型助焊剂清洗效果优于成品入库前去离子水清洗效果；但采用专用清洗剂成本会增加。

表6 不同阻焊剂的不同清洗后板面离子污染度数据 （单位：μg）

图2 改善板面离子污染度三种方法比较

3 总结

此次研究通过对不同厂家板材、不同油墨、不同表面处理及操作不当四个方面进行测试研究，筛选出对PCB离子污染有影响的因素，通过增加成品入库前去离子水清洗、新型助焊剂生产、专用清洗剂清洗三个方案进行改善，可以降低离子污染。因我公司客户群中大多数对于离子污染要求小0.5 μg NaCl/cm2，个别客户要求小于0.3 μg NaCl/cm2，针对不同的客户要求和结合生产成本，我们选择不同方式最终满足客户要求。