電路板上白色殘渣分析

>> 杭州富通昭和線纜材料研究開發有限公司 周林平

電路板上白色殘渣分析

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一 前言

在生產實踐中,經常發現電路板表面上殘留有明顯的白色殘渣,特別是表面組裝的元器件,其焊點上的白色殘渣更為明顯,尤其是表面貼裝的細間距器件引腳之間,如圖1-4所示，圖1是電路板的整體形貌，圖2,3,4中紅色虛線范圍內的即為電路板上的白色殘渣。這些白色殘渣嚴重影響電路板的外觀,使得電路板最終難以通過檢測,增加額外的返修工作,而且最終有些狹縫當中的殘渣依然難以去除,只能降低要求通過檢驗。該白色殘渣由于經過溶劑的浸泡,外觀表現為疏松的物質,極易吸收空氣當中的潮氣和各種腐蝕性氣體,特別在沿海一帶高鹽霧的地區,有可能對電路板長期工作的可靠性造成嚴重影響。

圖1 電路板整體圖

圖2 電路板局部白色殘渣

圖3 電路板局部白色殘渣

圖4 電路板局部白色殘渣

二 試驗

為了確認電路板上的 白色殘渣的成分，對白色殘渣進行 取樣分別進行了紅外分析和能譜分析。

2.1 試驗設備：顯微紅外光譜儀，掃描電鏡

2.2 試驗結果與討論

2.2.1 紅外分析

對電路板上局部的白色殘渣分別進行取樣紅外分析（見圖2,3,4上的白色殘渣），三處樣品的紅外分析曲線一本一致，見圖5。經過紅外標準譜庫的檢索，

發現白色殘渣和松香樹脂的標準紅外吸收曲線非常一致，匹配率高達95%。故初步判斷電路板上的白色殘渣很可能為松香樹脂成分。

圖5 白色殘渣顯微紅外分析及檢索結果

2.2.2 能譜分析

用鑷子在顯微鏡下取樣電路板上的白色殘渣，在掃描電鏡下進行能譜分析。在掃描電鏡下將白色殘渣放大230倍進行寫真，隨機選擇點掃描位置進行元素分析，分析結果見圖6-8。從分析結果分析，白色殘渣的元素成分比較一致，都包含C，O, Sn。結合電路板的實際工藝，從側面又證明白色殘渣的成分很大可能為焊接用的松香樹脂粉，松香樹脂的主要元素包含C和O,對于能譜結果中包含少量的Sn的成分，可能是在用鑷子取樣時焊錫有部分夾雜在白色異物中。

圖6 白色殘渣能譜分析

圖8 白色殘渣能譜分析

三 白色殘渣形成的可能原因分析

白色殘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 氧化松香殘渣

松香樹脂主要由松香酸組成,由于它的分子中有不飽和的雙鍵,因此特別容易氧化。電路板在焊接受熱時,松香酸迅速氧化形成過氧化物和酮化合物,這些化學成分比原來的樹脂更不容易溶于溶劑。這樣,在電路板表面就會有明顯的不規則的白斑分布,而且在電路板受熱較厲害的部分更加明顯。由于該白斑的形成常常是因為電路板過度受熱引起,因此,這種白斑常常出現在有大面積接地層需要特別加熱才能完成焊接的多層印制板中。由于在表面組裝的再流焊工藝中,受熱時間較長,相對比較容易引起電路板過度受熱,因此這種白色殘渣在表面組裝的電路板中尤為常見。

3.2 聚合松香殘渣

另一種常見的白色殘渣來源是松香型焊劑在焊接過程中的聚合反應。松香型焊劑的聚合反應常常是因為電路板過度受熱引起,跟氧化松香的成因一樣,這種白色殘留也常見于比較厚的多層電路板和比較容易引起電路板過熱的表面組裝再流焊工藝當中。當松香聚合時,會形成一些長鏈的分子,不溶解于任何普通的溶劑。清洗焊劑的溶劑只會溶解短鏈的部分,剩下的長鏈部分頑固地牢牢地附著在電路板表面,這就是聚合松香白渣。聚合松香是公認的最常見的白色殘渣的形成原因,但是,它的形成需要焊料表面的錫氧化物做催化劑。

四 總結

由上述分析可知，電路板焊接后出現白色殘渣主要是由于焊接溫度較高造成的，針對這個原因，提出以下解決措施：電路板焊接時規定適當的焊接溫度及焊接時間，同一焊點的焊接次數。了解了電路板焊接后出現白斑的影響，可以準確對印制板焊接后出現白斑的組件如何處置進行判定。電路板出現白斑表明在電路板組裝工序已經失去控制，對造成白斑的原因采取相應的措施，有效避免電路板焊接后出現白斑，從而提高電路板的焊接質量。