详解锡膏爬行腐蚀现象

爬行腐蚀是一种电路表面的腐蚀现象，它是由环境中的硫化物或氯化物等腐蚀性气体与裸露的铜接触反应而产生的。爬行腐蚀的特点是固体腐蚀物沿着电路与阻焊层或封装材料的表面迁移生长，形成一种类似蜘蛛网的结构，导致相邻的焊盘或电路之间发生电气短路或阻抗变化，影响电子产品的性能和可靠性。

爬行腐蚀的发生源于裸露的Cu面上。Cu面在含硫物质的作用下会生成大量的黑色的Cu的硫化物，并在Cu的暴露面上及其周围扩散、堆集。

Cu的氧化物是不溶于水的。但是Cu的硫化物和氯化物却会溶于水，在浓度梯度的驱动下，具有很高的表面流动性。生成物会由高浓度区向低浓度区扩散。硫化物具有半导体性质，且不会造成短路的立即发生，但是随着硫化物浓度的增加，其店主会逐渐减小并造成短路失效。

此外，该腐蚀产物的电阻值会随着温度的变化而急剧变化，可以从10MΩ下降到1Ω。湿气（水膜）会加速这种爬行腐蚀：硫化物（如硫酸、二氧化硫）溶于水会生成弱酸，弱酸会造成硫化铜的分解，迫使清洁的Cu面露出来，从而继续发生腐蚀。显然湿度的增加会加速这种爬行腐蚀。这种腐蚀发生的速度很快，有些PCB单板甚至运行不到一年就会发生失效。

影响爬行腐蚀现象发生的主要因素有：大气环境（如大气中的废气及湿度）；PCB基材和镀层材料；焊盘定义；PCBA组装中的焊接等因素。

作为大气环境中促进电子设备腐蚀的元素和气体，被列举的有：SO2、NO2、H2S、O2、HCI、Cl2、NH3等，腐蚀性气体成分的室内浓度、蓄积速度、发生源、影响和容易受影响的材料及容许浓度如表所示。上述气体一溶于水中，就容易形成腐蚀性的酸和盐。

表1.腐蚀性其他成分的室内浓度、蓄积速度、发生源、影响及容易受影响的材料及容许浓度

湿度：根据爬行腐蚀的溶解/扩散/沉积机理，湿度的增加应该会加速硫化腐蚀的发生。Ping Zhao 等人认为，爬行腐蚀的速率与湿度呈指数关系。Carig Hillman 等人在混合气体实验研究中发现，随着相对湿度的上升，腐蚀速率急剧增加，呈抛物线状。以Cu为例，当湿度从60%RH增加到80%时，其腐蚀速率后者为前者的3.6倍。

为了防止爬行腐蚀的发生，可以采取以下措施：

采用三防涂敷，即在电路表面涂上一层保护膜，隔绝外界的腐蚀性气体；

设计和工艺上要减少PCB和元器件的露铜概率，选择抗腐蚀能力较强的表面处理工艺，如无铅热风整平、浸锡等，避免使用化学银、有机焊料防护等；

组装过程要尽量减少热冲击和污染离子残留，选择合适的助焊剂，并进行有效的清洗；

整机设计要加强温度和湿度的控制，避免水膜的形成和腐蚀物的溶解；

机房选址要避开明显的硫污染，如工业区、火山区、沼泽地等。