助焊剂腐蚀失效案例分析

助焊剂引起爆炸，原因何在？[事故经过]某股份公司部装车间汤某在职工食堂吃过中饭后，返回车间准备上班。

为了清理上午使用时流淌在地面的液体助焊剂，遂用打火机点燃，导致放在车间门口边上塑料桶内约25公升的助焊剂燃爆，造成2死9伤的重大伤亡事故，其本人亦被严重烧伤。

据调查，事发当日10时许，因点焊线圈所需的助焊剂已用完，汤某经车间主任及分管厂长审批后到公司仓库去领。

本来要求领用24瓶500毫升装的助焊剂，因库存只有17瓶，汤某说不够，于是仓库保管员让他拿了一桶25公升助焊剂。

领取后，汤某与另一员工分别从塑料桶中倒过2次。

由于倾倒时流到地面的助焊剂较多，汤某怕被公司领导发现后受批评，想将它处理掉，遂用打火机点燃。

着火后火势迅速蔓延，汤某一看不对，急忙用双脚去踏，但无法踩灭。

火势随着流淌在地面的助焊剂，蔓延到放在车间门口装满助焊剂的塑料桶。

因遇到明火，温度突然升高引起爆炸。

顷刻之间，整个车间烟火弥漫，前后经过只有几分钟，全车间11位员工均被烧伤。

其中2人送往医院抢救途中死亡，其余9人全身多处不同程度被烧伤。

经鉴定，其中2人完全丧失劳动能力，其余分别为6级至10级伤残。

[原因分析]造成该事故的原因有主观与客观原因，也有直接与间接原因，应作具体分析：（一）汤某违章操作，这是造成该事故的直接原因人。

只因他年轻无知，不懂日常使用的助焊剂化学性能特点，遇到上述情况后，不知道该如何处理，便用打火机点燃，才引发这起重大事故。

（二）培训不切实际，缺乏针对性。

据了解，尽管该公司对员工进行过一般性培训，但这些点焊工每天跟助焊剂打交道，却不知道助焊剂性能特点。

主要原因是没有从实际出发，针对岗位特点进行培训，致使该车间员工对助焊剂性能认识不足。

据事后调查时汤某说，上岗前没有经过专门培训，也没有人跟他说应当如何使用。

因此，他原先根本不懂。

如果事前明确告知其使用助焊剂有何危险，使用时应当注意哪些问题，不管怎样，汤某也绝不会用打火机去点燃。

电装基础240：助焊剂残余物中高锡含量引起短路故障的原因探讨提问：产品在做温度循环试验后，发现焊点间出现白色物质，类似于助焊剂残留，第三方检测白色残留物中含有锡元素，导致相邻焊点短路，产品失效，这个产品焊后不清洗。

表1:残留物检测元素含量比廖小波：如果能确认以下两点：①白色物质确实是在绿油表面（如果在表面的话，用小刀可以刮除）；②确认确实是产生在试验以后（可以通过试验前板面正常），那么，这些白色物质应该就是助焊剂残留。

通常，大家都认为，助焊剂残留物的主要成分是松香，而松香怎么会导电呢？从理论上讲，纯粹的松香树脂确实是不导电的。

但助焊剂残余物中，除了有松香类树脂之外，还会有微量焊接过程中尚未完全分解的助焊剂活性物质。

这些残余物引发的问题，最多的是引发焊点腐蚀，很少表现为在极短的时间内使板面绝缘电阻急剧下降，甚至引发相邻焊点短路。

但是，如果这些白色物质中残留有较高含量的锡和锌的氧化物，情况就不一样了，氧化锡和氧化锌都是导电倾向较为强烈的n 型半导体材料，残留于板面会大幅降低板子的表面绝缘电阻，是一件不难理解的事。

本案例中的这块故障板，从外形上看，应该是一款经历过波峰焊的产品。

既然“焊后未作清洗”，一定是使用的所谓“免清洗助焊剂”。

免清洗助焊剂包含低松香型和无松香型，对于后者，虽然无松香，但会含有与松香树脂性能相似的合成树脂。

这些树脂类化合物完全有可能在裏带了熔融焊料中锡的氧化物后，残留在板面上。

锌的氧化物，则有可能来自于焊料中添加的微量的锌元素。

残留于板面的松香或合成树脂化合物，在刚焊接完毕的板子表面，是以极薄的透明状固态物质存在的，由于尚未吸潮，因而绝缘性会比较好。

但是，在通常情况下，助焊剂残余物中不会只有松香或合成树脂，多少都会残留一些尚未高温分解完毕的活性剂。

这些活性剂的残余物会大幅提升松香或合成树脂的吸潮性，从而使印制板表面的助焊剂残余物在湿热条件吸收空气中的水分，形成松香树脂类化合物的水合物（以下简称“松香树脂水合物”）。

PTH孔阻焊塞孔不良电化学腐蚀失效分析及改善阻焊塞孔不饱满以及裂纹会导致孔铜暴露于空气中，当使用环境湿度较大时，物体表面会形成液膜，在整机使用的过程中，孔铜、液膜与焊盘形成电解池，发生电化学反应，使孔铜腐蚀，出现PTH孔内局部孔铜缺失的现象，导致整机信号不良。

文章分享一例阻焊塞孔黑色异物失效分析方法，并结合液膜理论及电化学腐蚀理论对失效机理进行分析，为阻焊塞孔不良导致PTH孔孔铜腐蚀失效分析提供理论依据。

1、前言随着电子产品质量稳定性和功能要求不断提高，对印制电路板的质量和品质要求也越来越严格，为了防止在焊接过程中的锡珠、焊接后的化学试剂以及环境中的潮气进入镀通孔（Plated through hole，简称PTH孔），提高PCB的使用性能和抗恶劣环境的能力，除元器件插装孔、散热孔、测试孔外，其余PTH孔均采用油墨塞孔[1]。

然而，阻焊塞孔不饱满以及阻焊塞孔裂纹将会导致在整机通电后PTH孔孔铜发生腐蚀，出现信号不良的失效现象。

虽然此过程非常缓慢，往往在PCB生产厂商无法在出货前筛选出来，而在整机适用几年后会出现信号不良的现象，对PCB的可靠性造成不良影响。

文章将对一例PTH孔孔铜腐蚀案例进行失效分析并对机理进行探究，并提出改善阻焊塞孔质量的方法，以减少由阻焊塞孔不良造成的品质问题。

失效点形貌如图1所示。

图1 失效点形貌失效点为阻焊塞孔，阻焊塞孔周围存在黑色异物。

该板使用于沿海地带3年。

2、异物成分分析通过立体显微镜、金相显微镜及电子显微镜对异物形貌进行观察，并通过能谱仪分析异物元素，如下图2所示。

由图a、图b，孔铜腐蚀产物为黑色固体物质，由图c、图d可以看出，黑色固体物质的形貌为晶体状，对黑色异物进行X射线能谱分析，如图e、图f，其主要元素为C、O、Si、S、Cu，而且铜的含量最高。

3、原因分析3.1 切片分析取孔口有异物和无异物的PTH孔分别进行切片分析，并使用金相显微镜和扫描电镜进行形貌观察，结果如图3所示：图3切片分析结果（图a：有异物孔形貌；图b、图c：孔铜腐蚀放大图；图d、图e、图f：无异物孔形貌）由图a、图b、图c可知，孔口位置处阻焊与孔铜之间有明显裂缝，且裂缝位置处的孔铜已被腐蚀，出现部分孔铜缺失的现象。

PCBA 失效中的电化学迁移与腐蚀研究李晓倩1,蔡吕清2(1.工业和信息化部电子第五研究所华东分所,江苏苏州215011;2.吴江天朗电子科技有限公司,江苏苏州215011)摘要:从实际的案例出发,分析了无铅制程中助焊剂的酸性残留物及卤素离子对组装可靠性带来的潜在风险:一方面,残留离子会直接腐蚀PCBA 组件中的焊点、PCB 焊盘或元器件引脚;另一方面,残留离子在水汽、电场的作用下会发生电化学反应,造成腐蚀及电化学迁移,导致开路或短路失效。

在PCB 走向高密化的条件下,腐蚀和电迁移的风险提高,相应地对PCBA 组件清洁状况的要求和管控也会变得更加严格。

关键词:无铅制程;腐蚀;电化学迁移中图分类号:TN 41文献标志码:A文章编号:1672-5468(2019)01-0042-05doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2019.01.008Research on the Corrosion and ElectrochemicalMigration Failure of PCBALI Xiaoqian 1,CAI Lvqing 2(1.CEPREI-EAST ,Suzhou 215011,China ;2.Wujiang Tianlang Electronic Technology Co.,Ltd.,Suzhou 215011,China )Abstract :Based on practical cases ,the potential risks of acid residues of flux and halogen ionsfor assembly reliability in lead-free process are introduced.On the one hand ,residual ions will directly corrode solder joints ,PCB pads or device pins in PCBA assemblies.On the other hand ,the electrochemical reaction of the residual ions occurs under the action of water vapor and electric field ,which will result in corrosion and electrochemical migration and lead to open circuit or short circuit failure.Under the condition of high density of PCB ,the risk of corrosion and electromigration increases ,and the requirement and control of cleaning condition of PCBA assemblies become more strict.Key words :lead-free process ;corrosion ;electrochemical migration收稿日期:2018-05-31修回日期:2018-11-22作者简介:李晓倩(1986-),女,安徽宿州人,工业和信息化部电子第五研究所华东分所(中国赛宝华东实验室)工程师,硕士,主要从事电子组装工艺质量评价与可靠性研究工作。

助焊剂引起的批量性品质投诉分析谢明隽（电子工程师）公司销售的一款阻容式手电筒频繁出现炸机（即220V高压部分短路）、全灯不亮（电池电压过低，无法点亮LED）、LED内部支架生锈导致的个别灯不亮的品质投诉。

供应商对炸机（即220V高压部分短路）的原因是锡渣引起的短路；对全灯不亮的原因的分析原因是电池自放电而导致的电池损坏；对LED内部支架生锈导致的个别灯不亮的原因分析是LED封装不良，事实上对以上的分析均表示质疑。

一、液体助焊剂的成分与特性：助焊剂通常是以松香为主要成分的混合物，是保证焊接过程顺利进行的辅助材料。

焊接是电子装配中的主要工艺过程,助焊剂是焊接时使用的辅料,助焊剂的主要作用是清除焊料和被焊母材表面的氧化物,使金属表面达到必要的清洁度.它防止焊接时表面的再次氧化,降低焊料表面张力,提高焊接性能.助焊剂性能的优劣,直接影响到电子产品的质量.助焊剂对产品的危害主要有腐蚀性、导电特性引起的产品漏电、吸潮等特性。

这些主要是液体助焊剂中加入了盐酸或氢溴酸的铵盐以及有机酸所导致的。

二、LED灯珠的腐蚀可以说明供应商在生产产品时候存在助焊剂残留和助焊剂存在较为严重的腐蚀性。

这是客人所提供的个别灯不亮投诉样品的LED，从图片来看，LED内部已经生锈腐蚀，故引起“金线”或“金线”焊盘氧化（注：很多LED封装厂商并未用真正意义的金线而是用合金或铜线代替，甚至有的LED封装产商会用铁丝代替）从而导致个别灯不亮。

导致个别灯不亮的直接原因是助焊剂存在的腐蚀性和残留；由于供应商的部分生产基地设在监狱，服刑人员为了保证生产产量会用助焊剂冷却线路而供应商也并未有清洗线路板这一工序，从而导致了大量助焊剂残留的线路板流入到了成品组成线上。

三、助焊剂残留与线路板爬电距离过窄导致了高压220V短路（炸机）：事实上出现炸机（即线路板烧黑、瞬间的剧烈短路）只可能发生在AC220V间如线路图红线部分(下图)。

无论是二极管反向击穿或电池端短路均不能导致炸机（严重短路），因为即使短路的情况下的额定电流较小，一般手电筒充电的最大电流约为60mA; 而CBB电容视同为限流电阻，承载着高的电压（约200V）和较大的功率（一般为10W），而该元器件的耐压值为400V，故该器件是安全的，另外二极管1N4007的耐压值为1000V，额定电流为1A，额定功率为0.5W；满足设计要求。