组件电路板离子迁移过程产生原因和危害分析和水基清洗剂介绍

组件电路板中的离子迁移是指金属离子在电场、湿气及污染物共同作用下，通过绝缘层从阳极向阴极迁移并形成导电路径的现象。其产生原因和危害可总结如下：

一、离子迁移的产生原因

1. 污染物残留

• 助焊剂、汗水、离子表面活性剂等残留物含有导电离子（如Cl⁻、Br⁻、NO₃⁻），在潮湿环境下溶解形成电解质。

• 电镀材料（如银、铜）或金属焊料中的离子化金属（如Ag⁺、Cu²⁺）在电场作用下迁移。

2. 环境与电场条件

• 高湿度环境：水分子渗入绝缘层，形成离子导电通道，加速金属离子迁移。

• 直流电场作用：相邻导体间存在电位差（如0.5V以上），促使阳极金属离子化并向阴极迁移。

3. 材料与设计因素

• 基材缺陷：玻璃纤维或树脂层中的微孔、裂纹为离子迁移提供通道。

• 线路间距缩小：高密度PCB中导线间距减小，电场强度增大，迁移风险升高。

• 无铅工艺影响：无铅焊料（如Sn-Ag-Cu）的钝化膜稳定性较差，易引发离子迁移。

4. 制造与工艺问题

• 清洗不彻底导致助焊剂残渣残留，或涂覆层覆盖不完全暴露金属表面。

二、离子迁移的危害分析

1. 绝缘性能下降

• 金属离子在绝缘层内形成导电路径，导致漏电流增大，严重时引发短路。

• 例如：82KΩ电阻因离子污染导致电压异常，引发保护电路误动作。

2. 电路失效与安全隐患

• 枝晶（Dendrite）或导电阳极丝（CAF）生长穿透绝缘层，直接导致短路，可能引发设备故障甚至火灾。

• 日本统计显示，4起PCB起火事故中3起与离子迁移相关。

3. 腐蚀与材料退化

• 金属离子迁移伴随氧化反应（如Ag₂O生成），腐蚀导体或基材，降低使用寿命。

• 例如：银迁移形成的黑色氧化银会破坏酚醛树脂基板的绝缘性。

4. 可靠性风险

• 迁移过程具有不可逆性和不可预测性，可能导致产品在长期使用中突然失效。

• 高频高速信号传输场景下，离子迁移加剧信号干扰和时序误差。

三、总结与应对建议

离子迁移是PCB可靠性失效的关键因素，其成因涉及材料、工艺、环境及设计多方面。为降低风险，需优化基材选择（如低吸湿性树脂）、加强清洗与涂覆工艺、控制环境湿度，并通过离子污染度测试（如表面绝缘电阻测试）进行质量管控。对于高可靠性场景（如航空航天），建议采用浸封或厚涂覆工艺阻隔水汽。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

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