原標題：爲何PCB板子會生鏽？污染源在哪？

當印製電路板組件(PCBA)受到腐蝕而返回時，分析人員需要找到引起腐蝕的污染源，以便消除它。污染可能來自多種來源，例如製造作業、封裝、安裝和環境。

有許多方法都可以用來確定污染物的組成。一旦知道了它的成分，就可以確定可能的來源。本文通過一個例子，說明了分析人員用來識別受腐蝕PCBA污染源的過程。

有幾塊受腐蝕的PCBA從客戶那裏返回，PCBA受到了嚴重腐蝕，但只是發生在它一邊附近的幾個位置。其中兩塊PCBA的腐蝕圖像如圖1和圖2所示。

圖1：PCBA上的導線開路。

圖2：這張圖像上可以看到有導線開路。

在兩幅圖中，下部的導體都出現了開路。阻焊層已經從導體上除去，暴露的銅受到嚴重氧化。在兩塊PCBA上，由導體之間燒焦的環氧樹脂可知，它們之間發生了導電現象。這說明這一腐蝕本質上是離子腐蝕，並且由於環境的關係，有一層薄薄的水粘附到了PCBA上。

元素鑑定

腐蝕區域使用掃描電子顯微鏡(SEM)進行了成像。SEM通常配備有能量色散X射線探測器(EDX)，從而可對樣品的元素組成進行確定。EDX系統無法確定兩種元素是否存在化學結合，但是知道存在哪些元素，從而可以藉此對化學成分有所瞭解。

圖3顯示了受污染區域的SEM圖像，由此便可獲得EDX腐蝕數據，如圖4所示。

圖3：腐蝕區域的SEM圖像。(二次電子成像，SEI)

圖4顯示了腐蝕區域附近阻焊層的典型EDX光譜和腐蝕光譜。藍色光譜來自未腐蝕阻焊層區域，紅色光譜是受腐蝕區域——這兩個光譜表現出明顯的差異。

圖4：從光譜的y軸可知檢測到的X射線數量，從x軸可知檢測到的X射線能量。

阻焊層(藍色光譜)中包含硅(Si)，用於控制液體阻焊劑在固化前的粘度。它還包含鋇(Ba)和硫(S)，二者結合成硫酸鋇而用作阻燃劑。所有這些元素包含在阻焊層中都是預期的，如藍色光譜所示。

受污染的區域包含銅(Cu)和氯(Cl)，這在阻焊層中找不到。銅來源於銅導體，其已經從金屬導體中蝕刻並化學移除掉，現在沉積在阻焊膜上。氯是PCBA上不應存在的污染物。

在環境中的許多地方都可以找到氯——鹽中含有氯，許多用於製造PCBA的化學品中也都含有氯。但是，這些化學物質不應該是氯的來源，因爲在PCBA製造過程中在進行洗滌時會將其沖洗掉。在阻焊膜樣品中未發現氯，因此可以不考慮PCBA的製造過程。

焊接過程中一直使用氯——爲了促進良好的焊料連接，助焊劑中會添加氯化化合物。這些化合物可快速去除銅上的任何氧化物層，從而實現良好的焊料連接。但是在從低共熔焊料轉換到符合RoHS的焊料期間，所使用的助焊劑類型也受到了更改。助焊劑中代替氯化松香焊劑，使用了包含有機酸的低固含量焊劑來清潔銅表面而實現焊接。在焊接過程中，有機酸通常會因加熱而分解成無害的產物。這些PCBA是在推出符合RoHS的焊料之後製造的，並使用了低固含量的有機助焊劑製造。

腐蝕只孤立在PCBA的一個區域。如果空氣中的鹽水霧或氯蒸氣中存在氯，則氯會存在於整個PCBA中。氯用於各種工業過程(以及游泳池)，導致這些區域的空氣中存在氯和氯化合物。

通過對PCBA的目視檢查發現，腐蝕區域附近的幾個元器件經過了返工。目視檢查表明，助焊劑殘留物不是來自低固含量的有機酸助焊劑。

這些返工位置使用SEM的EDX系統進行了檢查，發現助焊劑殘渣中含有氯。助焊劑中含有氯，表明在元器件返工期間使用了老式的活化助焊劑。然後在裝配車間發現了這一助焊劑的來源，並將其作爲糾正措施予以消除——有個返修工位有瓶老式液體助焊劑尚未從工廠清除。

如果未將氯追溯到返工過程中所使用的助焊劑，那麼這個必要的糾正措施可能就不會採取，而可能在幾個可能的地方採取糾正措施而消除污染。在這種特定情況下，活化松香焊劑是之前工藝的保留物，尚未從這個返修工位清除。其他消除污染的措施就都會無效。糾正措施必須要根據調查期間所收集的證據。而如果用散彈法(shotgun approach)消除氯化助焊劑，則可能不會在單個返修工位發現這瓶助焊劑，而無法消除問題。

EDX如何工作?

在樣品內，當電子改變其能量而填充原子內的空位時，EDX系統會捕獲到其所產生的X射線。它會計算每個能量水平下所捕獲的X射線的數量。原子內原子核周圍的每個電子都有特定的能量，這些能量因元素的不同而異。由於這些能量不同，便可以確定樣品的原子組成。

SEM發射到樣品上的電子會與每個原子的電子相互作用。在某些情況下，這種相互作用會導致原子的電子逃逸出原子，從而留下空位。如果原子有第二個具有更高能量的電子填補此空位，則必須要釋放一定的能量。釋放的能量會表現成特定能量或波長的X射線形式。通過捕獲和測量這些X射線，就可以彙總出所存在元素的列表。EDX系統的軟件就會將數據顯示在圖表上——X射線的能量會顯示在橫軸上，而計算的X射線的數量則顯示在縱軸上。

作者：Michelle Woolley

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