印刷线路板在复合环境下的腐蚀
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首先要准备的东西:单面腐蚀铜板,三氯化铁,激光打印机,电熨斗(老式),砂纸,热转印纸,当然还有要腐蚀出的电路图了图1单面腐蚀铜板图2 打磨铜板高纯度三氯化铁 ----腐蚀PCB电路板最佳化学品图3 三氯化铁分析纯级别,制作腐蚀线路板必备品,与水调节比例为(1:4)!高纯度有利于均匀的腐蚀出精细的线路。
电路板腐蚀方法:配一次腐蚀液,一般可以一次腐蚀多块电路板,腐蚀液一般用三氯化铁加水配置而成,三氯化铁为土黄色固体,也易于吸收空气中的水份,所以应密封保存。
用做腐蚀线路板时,与水调节比例为:(1:4)即:500g的三氯化铁约调配2000cc的水,用热水可加快蚀刻速度。
或者用温水(不是热水,以防油漆脱落)可使反应速度快些。
注意三氯化铁具有一定的腐蚀性,最好不要弄在皮肤上和衣服上,很难洗:腐蚀是从边缘开始的,当未覆盖碳粉的铜箔被腐蚀完后应该及时取出电路板,以防碳粉脱落后腐蚀掉有用的线路。
这时用清水冲洗,顺便用细砂纸打磨碳粉。
然后擦干,就露出了闪亮的铜箔,一张印刷电路板就做好了。
为了保存成果,通常会用松香溶液涂一遍打磨好的电路板,既可以助焊,又可以防止氧化。
国标编号 81513CAS号 7705-08-0中文名称三氯化铁英文名称 Ferric trichloride;Ferric chloride别名氯化铁化学式 FeCl3 外观与性状黑棕色结晶,也有薄片状分子量 162.21 水溶液呈棕黄色不溶于革油,易溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚密度相对密度(水=1)2.90;相对密度(空气=1)5.61 稳定性稳定危险标记 20(酸性腐蚀品) 主要用途用作饮水和废水的处理剂,染料工业的氧化剂和媒染剂,有机合成的催化剂和氧化剂。
危害:一、健康危害侵入途径:吸入、食入、经皮吸收。
健康危害:吸入本品粉尘对整个呼吸道有强烈刺激腐蚀作用,损害粘膜组织,引起化学性肺炎等。
对眼有强烈腐蚀性,重者可导致失明。
皮肤接触可致化学性灼伤。
口服灼伤口腔和消化道,出现剧烈腹痛、呕吐和虚脱。
氯化铁,化学式FeCl3,是一种常见的无机化合物,常用于制备印刷电路板腐蚀液。
在制备印刷电路板的过程中,氯化铁溶液被用作腐蚀剂,可以将铜材料上除保护层以外的铜腐蚀掉,以形成电路图案。
1. 氯化铁溶液的化学方程式氯化铁在水中可以发生水解反应,生成氢氧化铁和盐酸:FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl在这个反应中,氯化铁和水发生反应生成了氢氧化铁和盐酸。
氢氧化铁是一种固体沉淀物,而盐酸是一种强酸,具有强烈的腐蚀性。
2. 氯化铁溶液的腐蚀作用印刷电路板的制备过程中,由于氯化铁溶液能够与铜发生化学反应,因此可以用来腐蚀铜。
腐蚀的化学方程式可以表示为:2FeCl3 + Cu → 2FeCl2 + CuCl2在这个反应中,氯化铁和铜发生反应生成了氯化铁二和氯化铜。
氯化铁二是一种不稳定的化合物,会进一步分解产生铁离子和氯离子。
而氯化铜是一种溶解度较大的化合物,在溶液中可以离解成Cu2+和Cl-离子。
3. 氯化铁溶液的制备最常见的氯化铁溶液制备方法是将铁粉或铁砂与盐酸反应制得氯化铁。
其化学方程式如下:2Fe + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2在这个反应中,铁和盐酸发生反应生成了氯化铁和氢气。
氯化铁溶液通常是深棕色或红褐色的液体,具有较强的刺激气味。
在制备氯化铁溶液的过程中,需要注意安全,防止氢气的聚集和引起意外事故。
4. 氯化铁溶液的应用除了用作印刷电路板的腐蚀剂之外,氯化铁溶液还可以应用于其他领域。
它还可以用作水处理剂、媒染剂、催化剂和氧化剂等。
氯化铁溶液在多个领域的应用说明了它的重要性和多功能性。
总结:氯化铁溶液作为印刷电路板腐蚀液的化学方程式为FeCl3 +3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl,它能够与铜发生化学反应,生成氯化铁二和氯化铜,并且可以通过铁与盐酸反应制备得到。
除了在印刷电路板制备中的应用外,氯化铁溶液还有着广泛的用途。
希望本文能对了解氯化铁溶液的化学方程式和应用有所帮助。
电路板蚀刻是什么意思电路板蚀刻是什么意思印刷线路板从光板到显出线路图形的过程是一个比较复杂的物理和化学反应的过程,本文就对其最后的一步--蚀刻进行解析。
目前,印刷电路板(PCB)加工的典型工艺采用“图形电镀法”。
即先在板子外层需保留的铜箔部分上,也就是电路的图形部分上预镀一层铅锡抗蚀层,然后用化学方式将其余的铜箔腐蚀掉,称为蚀刻。
蚀刻法是用蚀刻液将导电线路以外的铜箔去除掉的方法,雕刻法是用雕刻机将导电线路以外的铜箔去除掉的方法,前者是化学方法,较常见,后者是物理方法。
电路板蚀刻法,是化学腐蚀法,是用浓硫酸腐蚀不需要的覆铜做成的电路板。
雕刻法使用物理的方法,用专门的雕刻机,刀头雕刻覆铜板形成电路走线的方法。
了解有关PCB蚀刻过程中应该注意的问题。
减少侧蚀和突沿,提高蚀刻系数侧蚀产生突沿。
通常印制板在蚀刻液中的时间越长,侧蚀越严重。
侧蚀严重影响印制导线的精度,严重侧蚀将使制作精细导线成为不可能。
当侧蚀和突沿降低时,蚀刻系数就升高,高的蚀刻系数表示有保持细导线的能力,使蚀刻后的导线接近原图尺寸。
电镀蚀刻抗蚀剂无论是锡-铅合金,锡,锡-镍合金或镍,突沿过度都会造成导线短路。
因为突沿容易断裂下来,在导线的两点之间形成电的桥接。
侧蚀的影响因素如下!1、蚀刻方式:浸泡和鼓泡式蚀刻会造成较大的侧蚀,泼溅和喷淋式蚀刻侧蚀较小,尤以喷淋蚀刻效果最好。
2、蚀刻液的种类:不同的蚀刻液化学组分不同,其蚀刻速率就不同,蚀刻系数也不同。
例如:酸性氯化铜蚀刻液的蚀刻系数通常为3,碱性氯化铜蚀刻液的蚀刻系数可达到4。
近来的研究表明,以硝酸为基础的蚀刻系统可以做到几乎没有侧蚀,达到蚀刻的线条侧壁接近垂直。
这种蚀刻系统正有待于开发。
PCB电路板的腐蚀过程pcb板是目前最常见的一种电子元器件之一,几乎所有的电子产品都会用到PCB板!pcb线路板广泛应用在电子、电脑、电器、机械设备等行业,它是元器件的支撑体,主要用来连接元器件提供电气的,其中最为常见和广泛应用的有4层和6层线路板,根据行业应用可选用不同程度的pcb板层数。
印制电路板:又称印刷电路板、印刷线路板,简称印制板,英文简称PCB(printedcircuitboard 或PWB(printedwiringboard),以绝缘板为基材,切成一定尺寸,其上至少附有一个导电图形,并布有孔(如元件孔、紧固孔、金属化孔等),用来代替以往装置电子元器件的底盘,并实现电子元器件之间的相互连接。
由于这种板是采用电子印刷术制作的,故被称为“印刷”电路板。
习惯称“印制线路板”为“印制电路”是不确切的,因为在印制板上并没有“印制元件”而仅有布线。
PCB电路板是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体。
自动焊锡机为PCB电路板的焊锡提供技术支持,令电子元器件的发展得以进步。
可是,PBC电路板被腐蚀的问题一直困扰着自动焊锡商家pcb线路板腐蚀方法:配一次腐蚀液,一般可以一次腐蚀多块线路板,腐蚀液一般用三氯化铁加水配置而成,三氯化铁为土黄色固体,也易于吸收空气中的水份,所以应密封保存。
pcb线路板腐蚀步骤:配置好腐蚀液,就先从pcb线路板边缘开始腐蚀,当未覆盖碳粉的铜箔被腐蚀完后应该及时取出电路板,避免碳粉脱落后腐蚀掉有用的线路。
取出腐蚀好的线路板后,就需要用清水冲洗,同时也要用细砂纸打磨碳粉。
然后擦干,就露出了闪亮的铜箔,完成线路板制作。
最后为了更好的保存线路板,通常会用松香溶液涂一遍打磨好的线路板,这样既可以助焊,又可以防止氧化。
PCB电路板的腐蚀是怎样的过程:腐蚀液通常是用三氯化铁加水配置而成,三氯化铁为土黄色固体,也易于吸收空气中的水份,所以应密封保存。
配置三氯化铁溶液时一般是用40%的三氯化铁和60%的水,当然三氯化铁多些,或者用温水(不是热水,以防油漆脱落)可使反应速度快些注意三氯化铁具有一定的腐蚀性,尽量不要碰触到皮肤和衣服,反应的容器用廉价的塑料盆,放得下线路板的就好。
T y 3D n viron men tal Ad ap tability &Reliab ility E环境适应性和可靠性印刷线路板(Printed circuit board ,简称PCB )。
它几乎会出现在每一种电子设备当中,它是以绝缘材料辅以导体配线所形成的结构元件。
众所周知,暴露在大气中的所有材料都不可避免地遭受大气腐蚀的危害。
集成电路系统的日益小型化、电子元件体积的减小及相互间距离的缩短,使得极微量的吸附液膜或腐蚀产物都会对电子元件及设备的操作产生严重的影响[1]。
即使在符合环保要求环境中,印刷线路板的腐蚀仍十分严重[2]。
印刷线路板若发生腐蚀,往往会发生接触不良、信号传输不正常等现象,造成电子设备中逻辑元件的信号错误,产生误判断,严重时会影响设备的正常运行、信息的有效传输、企业的正常生产等。
本文概述了印刷线路板在气体污染物、灰尘、潮湿、高温等多因素复合环境条件下的失效形式及腐蚀机制,简单总结了印刷线路板腐蚀的主要影响因素。
1印刷线路板的主要腐蚀失效形式印刷线路板在气体污染物、灰尘、潮湿、高温等多因素复合环境条件下很容易发生腐蚀而失效,在扫描电子显微镜下可摘要:印刷线路板几乎会出现在每一种电子设备当中,它是以绝缘材料辅以导体配线所形成的结构元件。
印刷线路板的腐蚀形式符合大气腐蚀的基本规律,但又有自己的特点。
本文概述了印刷线路板在气体污染物、灰尘、潮湿、高温等多因素复合环境条件下的失效形式及腐蚀机理,其主要的腐蚀形式是:电偶腐蚀、电解腐蚀和缝隙腐蚀;文中还简单总结了印刷线路板腐蚀的主要影响因素,其主要的影响因素是:湿度、温度、腐蚀性气体和固态污染物等。
Abs tra ct :PC B i s a st r uct ur al el em ent w hi ch i s f or m ed by i nsul at i on m at er i al an d com bi ned w i t h conduct or w i r i ng.I t i s al m ost ext ensi vel y used i n al l el ect r oni c equi pm ent.The corr osi on pat t er n of PC B consi st s w i t h t he basi c r ul e of at m ospher i c cor r osi on.H ow ever ,i t has i t s ow n char act er i st i cs al so.Thi s paper sum m ar i zes t he f ai l ur e m ode and t he cor r osi on m echani sm of PC B i n t he com pound envi r onm ent of m any f act or s such as gas pol l ut ant ,dust ,m oi st ,hi gh t em per at ur e et c.The m ai n cor r osi on pat t er ns of PC B i ncl ude gal vani c cor r osi on,el ect r ol yt i c cor r osi on and cr evi ce cor r osi on.The m ai n i nf l uence f act or s o f PC B cor r osi on ar e al so sum m ar i zed i n t hi s paper ,i ncl udi ng m oi st ,t em per at ur e,cor r osi ve gas and sol i d pol l ut ant et c.关键词:印刷线路板;腐蚀;机理;影响因素Key wo rd s :PC B cor r osi on ;m echani sm ;i nf l uence f act or印刷线路板在复合环境下的腐蚀Corrosion of Printed Circuit Board in Compound Environment文|工业产品环境适应性国家重点实验室中国电器科学研究院宁文涛冯皓赵钺以观察到的主要失效形式有[3]:1.1微孔腐蚀:印刷线路板中金属在微孔处有局部腐蚀产物存在。
印刷电路板腐蚀原理电路板的原材料是覆铜板,就是一块表面贴有一薄层铜的板子,没有线路。
制作时,将线路的形状印刷在覆铜板上面(印刷的方法比较多了,业余一般用热转印法),然后放入腐蚀液(可以用氯化铁,但不是一定用氯化铁)中,有印刷油墨的地方,油墨将铜盖住,不会被腐蚀掉,裸露部分不受保护就腐蚀掉了,这才形成电路板上的铜箔走线。
其反应原理可用FeCl3溶液与金属Cu 反应的方程式表示:2FeCl3 + Cu == 2FeCl2 + CuCl2;铁虽然比铜活泼,能从硫酸铜溶液中置换出金属铜,本身生成硫酸亚铁,但三价铁却有比二价铜还强的氧化性,所以金属铜能与三价铁反应。
印刷电路板是在复合物材料板上单面附有一薄层铜板,印刷电路时将电路部分以抗腐蚀的涂料印在铜板一面上,放入三氯化铁溶液中,没有印刷上涂料的铜被腐蚀掉,最后只剩下电路部分。
线路板制造是一个很复杂的过程,下面与小编来了解有关线路板蚀刻过程中应该注意的问题。
| 减少侧蚀和突沿,提高蚀刻系数侧蚀产生突沿。
通常印制板在蚀刻液中的时间越长,侧蚀越严重。
侧蚀严重影响印制导线的精度,严重侧蚀将使制作精细导线成为不可能。
当侧蚀和突沿降低时,蚀刻系数就升高,高的蚀刻系数表示有保持细导线的能力,使蚀刻后的导线接近原图尺寸。
电镀蚀刻抗蚀剂无论是锡-铅合金,锡,锡-镍合金或镍,突沿过度都会造成导线短路。
因为突沿容易断裂下来,在导线的两点之间形成电的桥接。
侧蚀的影响因素如下!1、蚀刻方式:浸泡和鼓泡式蚀刻会造成较大的侧蚀,泼溅和喷淋式蚀刻侧蚀较小,尤以喷淋蚀刻效果最好。
2、蚀刻液的种类:不同的蚀刻液化学组分不同,其蚀刻速率就不同,蚀刻系数也不同。
例如:酸性氯化铜蚀刻液的蚀刻系数通常为3,碱性氯化铜蚀刻液的蚀刻系数可达到4。
近来的研究表明,以硝酸为基础的蚀刻系统可以做到几乎没有侧蚀,达到蚀刻的线条侧壁接近垂直。
这种蚀刻系统正有待于开发。
3、蚀刻速率:蚀刻速率慢会造成严重侧蚀。
蚀刻质量的提高与蚀刻速率的加快有很大关系。
氯化铁溶液蚀刻印刷电路板是一种常见的制作电子元件的工艺方法。
蚀刻过程中,氯化铁溶液起着至关重要的作用。
本文将详细介绍氯化铁溶液蚀刻印刷电路板的化学方程式。
1. 氯化铁的性质和用途氯化铁是一种常见的铁盐,化学式为FeCl3。
它有着良好的溶解性和腐蚀性,常用于金属表面的蚀刻和清洗。
在印刷电路板的制作中,氯化铁溶液被用来去除覆盖在铜箔上的不需要的部分,从而形成印刷电路板上的线路和元件连接点。
2. 蚀刻过程中的化学反应蚀刻过程中,氯化铁溶液与铜箔发生化学反应,主要有以下几个步骤:a. 氯化铁的溶解当氯化铁溶液接触铜箔表面时,氯化铁分子将与水分子发生反应,形成氢氧化铁和氢氧化氯化铁。
FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3HCl此时产生的盐酸会进一步腐蚀铜箔表面,加速蚀刻过程。
b. 铜的氧化蚀刻过程中,铜会与氧气发生氧化反应,生成黑色的氧化铜。
4Cu + O2 → 2Cu2O氧化铜会进一步与氯化铁溶液中的氯离子发生化学反应,形成可溶性的氯化铜离子。
Cu2O + 4FeCl3 → 2CuCl2 + 2FeCl2 + 2FeCl4这一步骤将加速铜箔的蚀刻速度。
c. 形成氯化铜在蚀刻过程的后期,大量的氯化铜将形成并溶解到氯化铁溶液中。
Cu + 2FeCl3 → CuCl2 + 2FeCl2大部分的铜箔将被溶解成可溶性的氯化铜,并从电路板表面完全清除。
3. 后续的处理在蚀刻结束后,需要对印刷电路板进行清洗和中和处理,以去除残留的氯化铁溶液和中和已生成的氢氧化铁和氢氯化铁,避免对电路板产生不良影响。
4. 安全注意事项氯化铁溶液是一种腐蚀性强、有毒的化学物质,对皮肤和黏膜有刺激作用。
在使用氯化铁溶液进行蚀刻时,必须佩戴防护手套和护目镜,确保安全操作。
在废液处理时,应严格遵守相关法规,避免对环境和人体造成伤害。
总结氯化铁溶液在印刷电路板蚀刻中扮演着至关重要的角色,其蚀刻过程涉及了复杂的化学反应。
了解氯化铁溶液蚀刻印刷电路板的化学方程式有助于我们更深入地理解这一工艺,为其应用和改进提供理论基础。
印制线路板生产过程中的污染及其控制1 前言印制线路板的生产过程是一个极其复杂的过程。
它集数十个加工工序于一体,所应用到的材料有几十种,甚至上百种。
因而印制线路板生产过程中所产生的污染物是多种多样的,其污染物的形态也是比较复杂的。
印制线路板生产过程中所产生的污染物,既有固体废物,又有废水、废液,还有废气;既有有害的重金属,又有有害的非金属,同时也有大量的有机物产生。
就其存在的形态而言,有以游离状态存在的污染物,也有以络合形态存在的污染物。
故在处理印制线路板生产过程中所产生的污染物时,需要分析生产过程中所产生的污染源、污染物及其存在形态,有针对性地加以处理。
否则,是达不到处理目的的。
本文仅就双面印制线路板生产过程所产生的废水及废液进行系统性的分析,并简略地分析多层印制线路板生产过程中所产生的废水及废液;同时对生产过程中降低污染提出控制途径。
2 双面印制线路板生产工艺流程目前,双面印制线路板具有代表性的生产过程如图1所示。
图1 双面印制线路板生产工艺流程当然,随着印制线路板生产技术的不断发展,新型材料的不断出现,其加工过程也在不断更新和改变。
如国外有的生产厂已部分采用孔黑化技术,这就省去了化学镀铜工序。
有的生产厂采用掩孔膜法,这也省去了电镀Sn/Pb合金抗蚀层。
但就绝大多数生产厂来说,还是采用图1所示的加工工艺。
3 双面印制线路板生产过程中所产生的污染源、污染物及其形态分析可以这样讲,双面印制线路板生产过程中的每一个加工工序都有污染物产生,也就是说都是污染源。
下料、钻孔产生固体废物,其它工序产生废水、废液,生产系统的排风产生废气。
加工过程中所产生的废水、废液,其性质又是千差万别。
笔者仅想根据自己的实践经验,对废水、废液中所产生的污染物及其形态进行简要的分析。
3.1 化学镀铜工序化学镀铜一般分为化学镀薄铜和化学镀厚铜。
这两者的工艺过程差别不是很大。
以下是化学镀薄铜工艺流程:图2 化学镀薄铜工艺流程3.1.1 机械刷板(含酸洗、水洗、机械刷板、水洗)酸洗溶液一般是采用3~5%左右的硫酸溶液,也有采用3%左右的硝酸溶液或者两种酸液混合使用。
fecl3腐蚀cu刻制印刷电路板原理FeCl3是一种广泛应用于印刷电路板(PCB)制作过程中的化学物质,也称为三氯化铁。
在制作PCB时,FeCl3常被用来腐蚀金属铜,以使得所需的导电线路图案可在铜层上形成。
下面将详细介绍FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板的原理。
首先,制作PCB的第一步是先在铜层上涂覆一层保护性的光敏感乳剂,形成所需的线路图案。
这一过程中,铜层承载了导电线路的布局。
接下来,将已涂覆光敏感乳剂的铜层放置在紫外线曝光设备中,以使乳剂暴露在UV光下。
在暴露的过程中,光敏感乳剂中的化学物质会发生化学反应,使乳剂在被曝光的部分成为可溶性的。
然后,将已曝光的铜层放置在化学淋洗槽中,槽中注入经稀释的FeCl3溶液。
FeCl3溶液中含有铁离子(Fe3+)和氯离子(Cl-),这些离子在铜层上形成氧化还原反应。
具体的反应方程式如下:2Fe3+ + 6Cl- → 2FeCl3在反应中,铁离子氧化了铜层表面的铜物质,还原成铜离子(Cu2+),同时铁离子还原成了FeCl3。
这样,铜物质就被FeCl3腐蚀掉了。
因此,FeCl3腐蚀的过程实际上是通过离子间的氧化还原反应,将金属铜转化为可溶性的铜离子。
铜离子溶解在溶液中,形成了可供导电线路图案所需的空白区域。
腐蚀的时间由制作者根据所需的线路图案的复杂程度和所使用的FeCl3溶液浓度来决定。
通常,较复杂的线路图案需要更长的腐蚀时间。
在腐蚀结束后,将腐蚀后的铜层取出,并进行洗涤和中和处理,以去除未反应的FeCl3溶液和产生的废液。
这样,所需的线路图案就形成了。
值得注意的是,FeCl3是一种腐蚀性强的化学物质,操作时需要严格遵守安全操作规程,戴上防护手套和眼镜,避免与皮肤和眼睛接触。
另外,FeCl3溶液也需要安全储存,防止误食和泄露。
总之,FeCl3腐蚀Cu刻制印刷电路板的原理是通过其所含的铁离子和氯离子与铜层上的铜物质发生氧化还原反应,将金属铜转化为可溶性的铜离子。
PCB覆铜注意事项PCB(Printed Circuit Board)即印刷线路板,是电子产品的重要组成部分,用于连接和支持电子元件。
PCB覆铜则是在板子表面涂覆一层铜箔,既能提供材料的机械强度,又能提供电气导通性能。
下面将介绍PCB覆铜的注意事项。
首先,PCB覆铜的厚度是一个重要参数。
通常,PCB覆铜的厚度会根据电路板的需求而不同。
如果需要传输大电流,那么板子的覆铜层应该较厚,以确保良好的导电性能。
另一方面,如果需要更好的导热性能,也可以选择较厚的覆铜层。
因此,在设计电路板时,要根据具体要求选择合适的覆铜厚度。
其次,PCB覆铜的厚度均匀性也是需要注意的。
在制造过程中,覆铜层的厚度要保证均匀,以确保电流在板子上的传输均匀性。
如果厚度不均匀,容易导致电流集中在一些区域,从而影响电路板的性能和稳定性。
因此,在制造过程中,要注意控制覆铜层的厚度并进行测试,以确保其均匀性。
另外,PCB覆铜的质量也是需要注意的。
覆铜层质量的好坏会直接影响电路板的性能和寿命。
有时候会出现覆铜层剥离、焊盘涂料剥落、氧化等问题。
这些问题可能会导致电路板无法正常工作,甚至损坏电子元件。
因此,在制造过程中要选用质量可靠的覆铜材料,并采取措施确保其质量,如控制覆铜层的厚度、表面处理等。
此外,PCB覆铜在设计电路板时也需要考虑布局和焊接等因素。
覆铜层的布局应该合理,以确保电路板在高频信号传输和较大电流工作时不出现干扰和热效应。
同时,在焊接过程中,覆铜层也会对焊接质量产生影响。
因此,在焊接时要选择合适的焊接温度和时间,并确保覆铜层的质量以确保焊接的可靠性。
最后,防止PCB覆铜层出现腐蚀也是需要注意的。
PCB在使用过程中可能会遇到潮湿、腐蚀性气体等环境,而这些都会对覆铜层产生腐蚀作用。
腐蚀会导致覆铜层失去导电性能,甚至导致电路板无法正常工作。
因此,在设计电路板时,可以采取防护措施,如使用涂层进行防护、选择耐腐蚀性能好的材料等。
同时,在制造过程中,也要注意控制制造环境,避免因环境引起的腐蚀问题。
Environmental Technology·30December 2010nvironmental Adaptability &ReliabilityE环境适应性和可靠性印刷线路板(Printed circuit board ,简称PCB)。
它几乎会出现在每一种电子设备当中,它是以绝缘材料辅以导体配线所形成的结构元件。
众所周知,暴露在大气中的所有材料都不可避免地遭受大气腐蚀的危害。
集成电路系统的日益小型化、电子元件体积的减小及相互间距离的缩短,使得极微量的吸附液膜或腐蚀产物都会对电子元件及设备的操作产生严重的影响[1]。
即使在符合环保要求环境中,印刷线路板的腐蚀仍十分严重[2]。
印刷线路板若发生腐蚀,往往会发生接触不良、信号传输不正常等现象,造成电子设备中逻辑元件的信号错误,产生误判断,严重时会影响设备的正常运行、信息的有效传输、企业的正常生产等。
本文概述了印刷线路板在气体污染物、灰尘、潮湿、高温等多因素复合环境条件下的失效形式及腐蚀机制,简单总结了印刷线路板腐蚀的主要影响因素。
1 印刷线路板的主要腐蚀失效形式印刷线路板在气体污染物、灰尘、潮湿、高温等多因素复合环境条件下很容易发生腐蚀而失效,在扫描电子显微镜下可摘要:印刷线路板几乎会出现在每一种电子设备当中,它是以绝缘材料辅以导体配线所形成的结构元件。
印刷线路板的腐蚀形式符合大气腐蚀的基本规律,但又有自己的特点。
本文概述了印刷线路板在气体污染物、灰尘、潮湿、高温等多因素复合环境条件下的失效形式及腐蚀机理,其主要的腐蚀形式是:电偶腐蚀、电解腐蚀和缝隙腐蚀;文中还简单总结了印刷线路板腐蚀的主要影响因素,其主要的影响因素是:湿度、温度、腐蚀性气体和固态污染物等。
Abstract:PCB is a structural element which is formed by insulation material and combined with conductor wiring. It is almost extensively used in all electronic equipment. The corrosion pattern of PCB consists with the basic rule of atmospheric corrosion. However, it has its own characteristics also. This paper summarizes the failure mode and the corrosion mechanism of PCB in the compound environment of many factors such as gas pollutant, dust, moist, high temperature etc. The main corrosion patterns of PCB include galvanic corrosion, electrolytic corrosion and crevice corrosion. The main influence factors of PCB corrosion are also summarized in this paper, including moist, temperature, corrosive gas and solid pollutant etc.关键词:印刷线路板;腐蚀;机理;影响因素Key words:PCB corrosion;mechanism;influence factor印刷线路板在复合环境下的腐蚀Corrosion of Printed Circuit Board in Compound Environment文 | 工业产品环境适应性国家重点实验室 中国电器科学研究院 宁文涛 冯 皓 赵钺以观察到的主要失效形式有[3]:1.1 微孔腐蚀:印刷线路板中金属在微孔处有局部腐蚀产物存在。
1.2 边缘腐蚀:暴露在印刷线路板边缘和接触点边缘的铜和镍等金属发生腐蚀。
1.3 边缘蠕变:一般与贵金属表面有关的一种现象,基底金属腐蚀产物沿边缘蠕动,扩散到最外层的贵金属表面上。
1.4 膜:印刷线路板中有机物释放出的有机气体凝结在印刷线路板表面而形成的绝缘性膜层。
1.5 碎屑的堆积:绝缘材料在接触点处的积累。
1.6 灰尘:存在于印刷线路板上或接触点表面上的外来固体微粒。
2 印刷线路板的腐蚀机制2.1 化学腐蚀SO 2、H 2S、Cl 2等腐蚀性气体与组成电子元器件的金属直接发生化学反应,或空气中的酸性气体在金属表面凝结形成酸nvironmental Adaptability&ReliabilityE环境适应性和可靠性性液膜直接与印刷线路板中的金属作用,这些反应都属于直接的化学腐蚀。
2.2 电化学腐蚀绝大多数情况下,印刷线路板的腐蚀是电化学腐蚀。
印刷线路板中金属种类较多,相邻不同材料间存在一定的电位差,而元器件间起绝缘或保护作用的涂层在潮湿甚至缺水的情况下,均有可能产生良好的离子导电性通道,这种情况下就形成了一个腐蚀原电池。
由于印刷线路板元件体积小,空间密度很大,当元器件表面存在着微量腐蚀产物时,就会严重影响其性能指标,甚至导致元件和设备失效。
根据印刷线路板自身的特点以及在复合环境下发生腐蚀的形态可将其分为如下几类:2.2.1 电偶腐蚀:两种不同金属或一种金属与其他一些导电性材料(如石墨)相互接触,在潮湿条件下,便会发生电偶腐蚀。
如Al与Au相连时会发生Al的腐蚀。
另外,微孔腐蚀是一种经常发生在镀金等贵金属元件上的特殊的电偶腐蚀[4, 5]。
由于贵金属镀层表面微孔和其他缺陷的存在,中间过渡层甚至基体金属就暴露在大气中,从而产生一个电偶对,导致基体金属在微孔处的腐蚀。
腐蚀产物填充微孔,沿着孔壁迁移,最后到达外表面,使得元件接触电阻大大增加。
如当Cu表面镀覆Au膜较薄时,Cu会在微孔和其他缺陷处暴露在大气中,发生微孔腐蚀。
腐蚀产物的蠕动也是电偶腐蚀的一种表现形式。
电路板中发生电偶腐蚀时常可以观察到腐蚀产物蠕动现象。
基体金属(如Cu)在接触点的边缘发生腐蚀时,腐蚀产物会沿边缘扩散到最外层的贵金属表面上。
这种腐蚀与湿度和材料本身有关,如铜和银的腐蚀产物在Cl2或H2S存在的情况下,可迅速迁移到镀金层的表面,而镍的腐蚀产物却不能移动。
有研究表明,镀金层表面经过长期室内自然暴露后的微孔腐蚀产物不但有明显突起的腐蚀核,而且有围绕腐蚀核的腐蚀晕圈。
不仅如此,非贵金属材料表面形成的腐蚀物并不连续成膜,而是在氧化膜层中形成离散的岛状突起[6,7]。
这些形貌复杂的腐蚀产物使接触电阻变得不稳定,造成电路板失效。
2.2.2 电解腐蚀:在导体被吸湿性材料隔开时,尽管相邻导体通道之间的电压相当低(通常不超过10V),但极短的通道间距能产生很强的电场。
在潮湿的使用环境下存在液膜时,具有较高电位的导体被溶解,形成的离子向另一边导体迁移,最终导致设备失效[8]。
如印刷线路板安装组件下面的两条正、负极印刷线,在凝结湿气的作用下,使正极线受到腐蚀溶解,腐蚀产物向负极线上沉积而引起短路。
2.2.3 缝隙腐蚀:缝隙腐蚀是由于金属与金属,金属与非金属的表面间存在缝隙,并有介质存在时而发生的局部腐蚀形态。
通常在印刷线路板中由于封装材料与基板、器件间的热膨胀系数不同造成的CTE失配常常会引起缝隙腐蚀[9]。
丝状腐蚀是缝隙腐蚀的一种特殊表现形式,印刷线路板表面通常会刷涂一层绝缘防护漆,在带有涂层的金属表面上往往产生形如丝状的腐蚀,因多数发生在漆膜下,因此也称膜下腐蚀[10]。
2.3 外来物引起的腐蚀沉积的颗粒和灰尘可以从大气中吸收水分和气体污染物,在元件表面上形成腐蚀性更强的电解液膜,也可以产生缝隙等,导致元件在邻近颗粒或灰尘处发生电化学腐蚀。
适宜的条件还会引起微生物的生长,形成有机物层的积聚,微生物生命活动的结果直接或间接参与腐蚀过程,给印刷线路板和元器件带来腐蚀。
3 印刷线路板腐蚀的主要影响因素3.1 湿度:它是决定大气腐蚀速率的最重要因素。
一般来说,空气中湿度越大,金属表面越易结露,表面上的电解液膜存在的时间也越长,腐蚀速度也相应增加。
各种金属都有一个腐蚀速度开始急剧增加的临界湿度,金属在超过临界湿度后,腐蚀速率急剧增加。
当空气中存在污染物时,临界湿度值将随污染物浓度的增加而降低。
钢铁、铜、镍、锌等金属的临界湿度约在50%~70%之间[11]。
3.2 温度:温度不仅对电子元器件的材料物理化学性能、电性能以及机械性能具有明显的影响作用,而且显著地影响到电子元器件的腐蚀过程。
温度的影响应与环境大气相对湿度综合考虑,当相对湿度低于金属临界相对湿度时,温度对腐蚀的影响很小,温度的升高反而有驱除湿气的作用。
但当相对湿度达到金属的临界湿度时,温度对腐蚀的影响作用明显。
大气腐蚀过程涉及到许多被温度影响的参数,如金属的溶解速率和再钝化速率,吸附水量以及腐蚀性气体的浓度等。
温度变化可能会改变反应的控制步骤,从而影响腐蚀速率和机制。
一般情况下,31·环境技术2010年12月nvironmental Adaptability&ReliabilityE环境适应性和可靠性温度每增加10℃,环境的腐蚀性可增加一倍,因而温度的升高通常会加速材料已有的腐蚀过程,诱发失效。
印刷线路板中的绝缘材料在高温下会分解出有机气体,不仅改变其自身电气特性,而且对邻近元器件也会产生腐蚀作用。
并且温度循环在电子元件上产生的热应力及低周热疲劳效应与环境湿度的腐蚀作用相互叠加,也会导致电子元件腐蚀疲劳破坏。
3.3 腐蚀性气体:工业环境中常见的腐蚀性气体有:SO2、H2S、Cl2、HCl、O3和氮氧化物等[12]。
腐蚀性气体的存在能加速大气腐蚀,SO2、H2S、Cl2和O3是促进水膜下金属腐蚀的重要因素。
氯气和氯离子及活泼硫化物可直接与多种金属起作用,产生腐蚀。
特别在有湿气共存时,微量的无机氯化物的存在可大大加速硫化物的腐蚀作用,许多工业过程中环境的腐蚀性主要来自硫化物和Cl-。
Cl-通常会破坏钝化膜,促进小孔腐蚀。
同时,C12能降低金属表面液膜的pH值,Cl2与金属反应生成吸湿的腐蚀产物进而影响金属表面的吸附水量[13,14]。
硫化物对印刷线路板中金属导体产生的轻微腐蚀甚至会使印刷线路板完全失效,而H2S是含硫化合物中影响材料耐蚀性的一个主要代表,它可与Ag在各种湿度条件下反应[15-17],还能使Cu及其合金迅速硫化,生成Cu2S,然后逐渐氧化生成硫酸盐。
3.4 固态污染物:空气中的固态污染物主要是悬浮在空气中的尘埃。