近十多年，隨著無鉛化進展，焊接溫度提拔，以及發展中國家環境的賡續惡化，爬行腐蝕征象引起業界的廣泛關注。

   爬行腐蝕（Creep corrosion）不是新題目，筆者早就在二十年前已經碰到，那時我們稱它為“遷延腐蝕”、“慢性腐蝕”或“隱形腐蝕”，通常發生在裸露的銅基材上。九十年代中期，我們外接一批收音機印制電路板的組裝焊接，印制電路板基材為紙質，外觀裸露銅箔焊盤，阻焊；用波峰焊接工藝焊接后清洗。二年后客戶反映，該批產品在銅箔焊盤上發現黑色腐蝕。

  圖1 發生在 PCB 過孔上的爬行腐蝕

  1、什么是爬行腐蝕及其發生機理

爬行腐蝕（Creep corrosion）是 PCB 上的銅和銀金屬腐蝕和隨后在 PCB外觀上的硫化物腐蝕產物的爬行（遷延），由此電短路相鄰電路板特性并且使得電子設備故障。爬行腐蝕發生于裸露的銅的面上。銅面在含硫物質的作用下生成大量的銅的硫化物，并在銅的暴露面上及其四周擴散、堆集。

 銅的氧化物不溶于水；但銅的硫化物和氯化物會溶于水，在濃度梯度的驅動下，具有很高的外觀流動性。生成物會由高濃度區向低濃度區擴散。硫化物具有半導體性子，不會造成短路的立即發生，但隨著硫化物濃度的增長，其電阻會漸漸減小并造成短路失效。

 2、產生爬行腐蝕的因素

伴隨濕度和諸如臭氧和二氧化氮之類的其他污染物的共同影響，高含量的硫氣體污染物可能引起 PCB 上的爬行腐蝕。爬行腐蝕與大氣環境（大氣中的廢氣及濕度），PCB 基材和鍍層材料，焊盤定義以及 PCBA 組裝中的焊接因素有關。

 1）大氣環境

（1）濕度：根據爬行腐蝕的消融/擴散/沉積機理，濕度的增長應該會加速硫化腐蝕的發生。爬行腐蝕的速率與濕度成指數關系。隨著相對濕度的上升，腐蝕速率急劇增長，呈拋物線狀。當濕度從 60%RH 增長到 80%RH 時，其腐蝕速率后者為前者的 3.6 倍。而濕度從 60%RH 增長到80%RH 在四川以及許多江南地區是常事。

 圖2 濕度對銅、銀腐蝕速率的影響

 （2）大氣中的腐蝕性氣體：二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、硫化氫（H2S）、氯化氫（HCl）、氯（Cl2）、氨（NH3）等。

 2）PCB基材

 基材中的黃銅抗爬行腐蝕能力最強；CuNi 最差。

 3）鍍層材料

 外觀處理中的 SnPb 最不容易被腐蝕；Au-Pd 外觀上的腐蝕產物爬行距離長。HASL、Im-Sn 抗腐蝕能力最強；OSP、ENIG 適中；Im-Ag 最差。

 4）焊盤定義

 當焊盤為阻焊掩膜定義（SMD）時，因為綠油側蝕存在，PCB 露銅較為緊張，因此更容易腐蝕；采用非阻焊掩膜定義（NSMD）時，可有用進步焊盤的抗腐蝕能力。

  圖3 SMD 和 NSMD 比較：SMD 焊盤腐蝕從阻焊膜側蝕處開始

  5）PCBA 組裝中的焊接因素

 （1）翼型引腳器件引腳存在切口，或后續成型造成折彎處鍍層破損，從而成為硫化氣氛下的腐蝕風險點。圖4可以看到腐蝕產物在塑封體上蔓延,造成了多個引腳搭接。

  圖4 翼型引腳器件引腳折彎處腐蝕

 （2）再流焊接：熱沖擊會造成綠油局部產生細小剝離，或某些外觀處理的破壞（如 OSP），使電子產品露銅更緊張，爬行腐蝕風險增長。因為無鉛再流焊接溫度更高，爬行腐蝕尤其值得關注。

 （3）無鉛焊接：溫度升高，化學反應速率加快。腐蝕物的電阻值會隨著溫度的轉變而急劇轉變，可以從 10MΩ降落到 1Ω，加速爬行腐蝕。

 （4）助焊劑

  ①波峰焊接助焊劑：波峰焊接時，腐蝕點均發生在夾具波峰焊的陰影區域四周，助焊劑對爬行腐蝕有加速作用。

  ②助焊劑殘留比較容易吸潮，造成局部相對濕度增長，反應速率加快。

  ③助焊劑中含有大量的污染離子，酸性的 H+還可以分解銅的化合物，對腐蝕有肯定的加速作用。

  3、元器件鍍銀焊端的爬行腐蝕

前面我們在爬行腐蝕發生的機理中已經做過介紹，爬行腐蝕是 PCB 上的銅和銀金屬腐蝕和隨后在 PCB 外觀上的硫化物腐蝕產物的爬行（遷延），由此電短路相鄰電路板特性并且使得電子設備故障。也就是說，爬行腐蝕不但會發生在裸露的銅外觀，也會發生在裸露的元器件鍍銀焊端的外觀。常見無鉛元器件 焊端可焊性鍍層有 Au（底層為Ni）、Pd（底層為 Cu/Ni、Ag、AgPd、AgPt 、Sn（底層為 Ag 或 Ni）、Sn、 SnAgCu、 SnBi 和 SnCu。同時，隨著外觀貼裝技術的發展，對MLCC的電氣性能、機械性和貼裝的要求越來越高，為知足MLCC 在外觀貼裝技術中可焊性、耐焊性的要求，需采用三層端電極結構。該結構的底層是Ag 端電極（或Pd-Ag），中心是Ni  鍍層，最外層是Sn（或Sn-Pb）鍍層。其中Ni  鍍層作為阻擋層，其作用是把整個Ag電極圍困起來，對Ag電極層起到珍愛作用，使端電極可以抵抗260℃波峰焊料的熱侵蝕，防止Ag遷移。

  根據焊接工藝要求，片式元器件焊接后均要求焊端有不同程度的裸露在外，對焊料的上升高度均作了嚴酷的要求。

 圖5 片式元器件焊端銀鍍層的存在，以及假如在元器件制造過程中發生 Ni鍍層過薄或沒有Ni  鍍層均會發生 Ag 的遷移，即發生爬行腐蝕。

 4、形成爬行腐蝕案例的因素

 1）案例 1—S 的來源

 工業大氣環境空氣中含有 S；海洋天氣環境（海水中含 S）；酸雨多發區；燃燒煤時排出；PCB 制造過程中殘留。

 2）案例 2—S 的來源

 設備的工作環境；PCB 孔環外觀存在局部未被綠油覆蓋而露出了銅的地方。

 3）案例 3—S 的來源

 PCB 板露銅或元器件焊端露銀。

  5、分析及預防

  我們從上述爬行腐蝕產生的機理、產生爬行腐蝕的因素和案例可以看出：爬行腐蝕的產生必要兩個“媒體”的介入，其一是腐蝕源，也就是含硫物質；其二是被腐蝕物質—露銅或銀；這兩個條件缺少一個，爬行腐蝕

就不可能產生。從分析中我們可以看到，含硫物質重要存在于大氣、濕氣和助焊劑殘留物；而露銅重要產生于用阻焊掩膜定義（SMD）焊盤、焊接熱沖擊造成阻焊膜局部產生細小剝離而露銅，某些外觀處理的破壞而露銅。

也就是說，爬行腐蝕重要都發生在對產品質量控制不嚴，沒有實施產品環境適應性設計和可靠性設計的低端民用電子產品的 PCBA 中。

  5.1 環境適應性

  1）環境適應性定義

  依據 GJB 451A，環境適應性的定義為： “裝備在其壽命期預計可能碰到的各種環境的作用下能實現其所有預定功能、性能和（或）不被破壞的能力”。

  2）環境適應性要求

確定合理的環境適應性要求，并以合理的費用確保裝備知足規定的環境適應性要求。

  3）環境適應性設計

 （1）環境適應性設計目標

  確定合理的環境適應性要求，并以合理的費用確保裝備知足規定的環境適應性要求。

 （2）環境適應性設計內容

  確定壽命期環境剖面；制訂環境適應性設計準則。

  （3）制訂環境適應性設計準則

   耐壓設計；溫度防護設計；振動防護設計；三防設計；電磁兼容性設計：電纜布線；屏蔽；濾波；連接；接地；去耦。

  5.2 可靠性設計

  GJB 451A 可靠性設計準則里明確規定了必須進行環境防護設計，包括：溫度防護設計、三防設計、沖擊和振動防護設計、電磁兼容性設計和耐壓設計。

  5.3 軍用電子產品 PCB 采取的措施

在以航天、航空為代表的軍用電子產品的PCBA中，產生爬行腐蝕的概率很低。這是由于：

  1）軍品 PCBA 毫無疑問都會進行環境適應性設計，其中 PCBA 進行三防處理是必不可少的措施，這就有用的抵御了環境中的腐蝕性氣體和濕氣對PCB 的侵蝕，有用的防止了產生爬行腐蝕的可能性。

  2）軍品 PCBA 不許可使用無鉛焊接，相對于廣泛使用無鉛焊接的民用電子產品的 PCBA，因溫度沖擊使阻焊膜受到的剝離和損傷的概率要低得多。

  3）軍品 PCB 基材普遍使用抗爬行腐蝕能力最強的黃銅；PCB 外觀鍍層材料普遍使用最不容易被腐蝕 SnPb；軍品 PCB 不保舉使用最容易受到損傷OSP 鍍層和 Im-Ag 鍍層。

  4）軍品 PCBA，無論使用哪一種助焊劑，包括“免清洗助焊劑”，焊接后都必須 100%的清洗，有用的防止了助焊劑中的殘留物對 PCB 的腐蝕作用。

  5）軍品 PCB 焊盤要求采用非阻焊掩膜定義（NSMD），有用進步了焊盤的抗腐蝕能力。

  6）軍品 PCB 通孔插裝元器件手工焊接規定先剪后焊，避免了元器件銅基材在大氣中暴露的可能性。

  7）軍品 PCB 翼型引腳器件引腳成型規定使用成型工具和必須進行去應力，有用防止和降低了折彎處損傷露銅的概率。

  8）在確保焊接質量，不產生冷焊的前提下盡可能降低焊接溫度；尤其要通過使用智能型電烙鐵來嚴酷控制手工焊接溫度，降低因高溫對阻焊膜的損傷而導致銅焊盤裸露。

 6、結語

 爬行腐蝕的征象明確，只要我們進步對產品質量的正視程度，采取適當的措施是完全可以避免的。從這個意義上可以說爬行腐蝕是低質偽劣電子產品的特性。

 上述8條措施，不僅軍品 PCBA 可以做到，民用電子產品也完全可以做到，以從根本上杜絕爬行腐蝕的發生。

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