● 摘要
由于欧洲RoHS（restriction of hazardous substances）法律的出现，电子企业向无铅方向转变。以往广泛应用的锡铅HASL（(Hot Air Solder Level）电路板很快被OSP（Organic Solderability Preservative）、ImAg（Immersion Silver）、ENIG（Electroless Nickel Immersion Gold）、ImSn（Immersion Tin）等无铅保护层电路板所取代，无铅HASL的使用也开始渐增。然而，随着无铅电路板应用的增加，一些无铅电路板，特别是ImAg电路板，在硫环境下却出现了一些腐蚀失效问题。本文比较了不同无铅电路板的制造工艺和应用特性，清理了已有的对无铅电路板蠕变腐蚀的外场案例分析、外场测试分析及实验室研究。在此基础上，本文以ImAg和OSP电路板为研究对象，提出采用单种H2S、SO2气体的非标准MFG测试方法对ImAg和OSP电路板进行腐蚀研究，并对目前初步的粘土方法进行了定性和定量的研究。目的在于探索ImAg和OSP电路板腐蚀的发生发展过程，发现可能存在的腐蚀模式并揭示其腐蚀机理，为改进和提高ImAg和OSP电路板的抗腐蚀性提供科学依据；为无铅电路板腐蚀提供可靠性评估方法；使粘土测试方法成为在工业界可以广泛推行的实验室定量测试方法；探测MFG测试和粘土测试是否存在驱动蠕变腐蚀的相当条件。创新性研究结论主要包括：①定义了晶枝腐蚀产物长出的四类位置：IL指腐蚀物长出的位置在与焊接掩膜相连的孔或盘的边缘；IIL指腐蚀物长出的位置在与焊接掩膜未相连的孔或盘的边缘；IIIL指腐蚀物长出的位置在孔或盘的表面；IVL指腐蚀物长出的位置在焊接掩膜上。该定义适用于其它无铅电路板。②总结和定义了一套腐蚀程度颜色等级和一套腐蚀模式风险程度等级。③提出了采用单种H2S气体基于MFG进行短时加速腐蚀测试，并根据ImAg表面腐蚀程度颜色等级和腐蚀风险程度等级进行可靠性评估的方法，给出了一套测试条件，用于对设计过程中或即将出厂的ImAg PCB进行检查和评估。④分别对ImAg和OSP表面在H2S、SO2及元素硫环境下的腐蚀模式，基于化学反应和电化学反应原理进行了腐蚀机理分析；指出了温度、气体浓度、湿度及暴露时间对ImAg和OSP表面的影响；揭示了ImAg和OSP表面在不同条件下的腐蚀演变过程，并指出了不同腐蚀阶段的腐蚀产物。⑤指出IL晶枝是造成短路的一个关键因素，IVL晶枝也对短路构成潜在风险；建议采用IL晶枝最大长度、平均长度、增长率三种参数来评估ImAg表面蠕变腐蚀的可靠性；提出了采用IL晶枝最大长度和平均长度的回归方程来预测ImAg表面电路板的蠕变腐蚀剩余寿命的评估方法。⑥明确了构成粘土测试方法的因素种类，确定了粘土测试条件的关键因素；给出了与典型工业环境G1的1年腐蚀量相当的三种粘土方法测试条件。⑦指出了准备测试样件需要考虑的两种方式，即抽出观察的样件不再返回测试箱、抽出观察的样件经观察后仍返回测试箱继续测试，分析了这两种方式的基本假设和利弊。⑧提出了采用截面测量法及统计分析来获得监测铜片厚度的方法，并指出由此获得的铜片厚度分布一般较为符合对数正态分布。⑨指出对于MFG测试和粘土方法测试存在驱动蠕变腐蚀的程度相当的环境条件。