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為何PCB電路板會產(chǎn)生導電性污染物架橋現(xiàn)象?如何改善?

2016-06-07 09:17

    問:為何PCB電路板會產(chǎn)生導電性污染物架橋現(xiàn)象?如何改善? 
    答:由導電鹽類所形成的架橋電路,可能發(fā)生在PCB電路板電鍍、電路板蝕刻或是助焊劑殘留在電路板上的狀況,這些離子殘留在濕的環(huán)境下是很好的導體。它們會在兩個導體間產(chǎn)生離子遷移,同時在絕緣體的表面形成短路。腐蝕性的副產(chǎn)品如:氯及硫的鹽類會在生產(chǎn)環(huán)境中形成,它們是一種化學的型式同時可能導致短路。一個這種類型的故障范例,如后圖所示。發(fā)生樹狀的成長,是由于電氣性傳送金屬從一個導體到另外一個,因此也被描述為電氣性金屬擴散遷移,樹狀成長故障范例,如后圖所示。

    只要符合后續(xù)的狀態(tài),樹枝形式的結晶會在表面上形成(包含空洞的內(nèi)側表面):
    •持續(xù)性的液體水膜,幾個分子以上的厚度
    •曝露的金屬,特別是錫、鉛、銀或銅這些可能在陽極被氧化的金屬
    •低直流電的的電氣性偏壓
    只要有水解性的離子污染物存在(例如:從助焊劑殘留或高分子釋出的鹵素及酸),這種現(xiàn)象就會明顯的加速。爆板剝離或空泡,這也會提升濕氣或污染物的累積,可能提升樹狀結構的成長,導電性陽極細絲成長是一個特別的樹狀結構成長案例,后面會做一些討論。故障發(fā)生的時間反比于間距平方及電壓,這方面的故障機構在加速測試中已經(jīng)檢討過了。
    樹狀的成長時常是由陰極到陽極,金屬離子的形成是由陽極溶解所產(chǎn)生,之后沿著導電的通路傳送并還原析鍍在陰極。這個析出物外型像樹枝,因為它帶有蔓延的分枝。當這個成長物碰觸到另外一個導體,那里就會有一個意外的電流提升,有些時候就會損壞這個樹枝狀結構,但是也可能導致一個電路暫時無功能或損傷了元件。已經(jīng)被提出的故障模式是,當吸收了濕氣就會產(chǎn)生一個電化學電池。后續(xù)的銅電極反應就是一個范例:
    陽極:Cu — Cun+ + ne
    H2O — 1/2 O2 + 2H+ + 2e_
    陰極:H2O + e — 1/2H2 + OH-
    此處主要的漏電的原因是由于水的電解,銅金屬在陽極溶解同時擴散遷移到陰極,到達該處就不再是可溶的了。樹枝結構的形成,循著pH值的梯度進行。陰陽極間的電壓差也會影響樹枝結構的成長速率,當陰陽極是同種金屬(如:銅),盡管濕氣與空氣的介入也有一些影響,但是初期的電壓差主要是決定于施加的偏壓。腐蝕可能因為有裂縫而加速,也可能因為有氧濃度差異而在陰陽極間產(chǎn)生。當金屬是不同類的時候,氧化還原腐蝕可能會在沒有偏壓的狀態(tài)下發(fā)生。
    如果存在著一個施加的偏壓,陰陽極又在有水的環(huán)境中,樹狀的成長幾乎會即刻發(fā)生。一個簡單的實驗就可以證明這種觀點,只要施加6-V的偏壓在兩導體間就足夠誘導快速的成長(可以用低倍率的顯微鏡觀察),即便是在蒸餾水或是去離子水中仍然會讓導體架橋,在自來水中會更快一點。
    氧化還原腐蝕會發(fā)生在不類同的金屬間,因為它們具有不同的電子親和力(也就是它們具有的高低負電性傾向)。當金屬彼此接近,較偏貴金屬端的呈現(xiàn)陰極行為另外一個就會是陽極,濕氣則是偶合兩金屬電氣性的必要元素。一般并不需要施加偏壓,但是如果極性是正確的可能會加速這個反應。當陽極相較于陰極非常的小,它的腐蝕可能會非常的快速。相反的如果陽極比陰極大很多,腐蝕就未必會如何嚴重,特別是如果電位的差異小的時候。

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