预防 PCB 失效：离子污染测试指南

PCB 离子污染

约 15% 的 PCBA 失效源于污染。离子污染可导致多种问题引致 PCB 缺陷。组装前对裸板进行离子污染测试可降低污染引起的缺陷风险。本指南描述离子污染、其引发的问题及制造商如何进行离子污染测试。

离子污染是指完工 PCB 上残留干扰可靠性与功能的离子残留。离子残留含溶液中变导电的原子或分子。遇水分时离子残留解离为负/正电荷元素，改变溶液整体导电率。

PCB 也可能有非离子污染，涉及非离子残留。非离子残留无导电性，通常可留在生产组装后的 PCB 上。因此大多数制造商检查板卡洁净度时聚焦离子污染。生产中影响 PCB 元件的离子残留包括：

离子污染两大常见来源：

裸板洁净度不足： 许多离子污染物来自板卡本身。板卡制造过程及环境暴露可留下颗粒残留、油脂、盐、灰尘。在裸板贴装元件前，制造商必须确保前序生产步骤未留下污染物。
使用强腐蚀性化学品： 铜蚀刻液、水溶性焊接化学品等强腐蚀性化学品若清洗不当，会留下改变板卡导电率的残留。

制造商未清除多余离子残留时，会发生以下问题：

腐蚀： 多数 PCB 因金属材料最终会腐蚀。但离子污染会大幅缩短腐蚀时间，远低于 PCB 预期寿命。腐蚀指氧与金属结合生锈。水分接触离子残留增加短路风险。腐蚀金属剥落，丧失 PCB 正常运行所需化学性质。
枝晶生长： 枝晶生长中，在直流偏压影响下，导电金属细丝（枝晶）在电解溶液中于 PCB 上生长。焊膜孔隙滞留助焊剂或其他离子残留时，枝晶可快速出现。枝晶相互接触时产生短路、间歇性工作等缺陷。
电化学迁移： 电化学迁移也涉及枝晶，特指其跨越介电材料生长。因枝晶由导电离子形成，可按不同于 PCB 设计意图的方式导向电流。枝晶生长导致电化学迁移，造成完全或间歇性失效。两者紧密相关、常同时发生。

为确保离子残留不缩短 PCB 寿命，许多制造商已将清洗板卡纳入制造流程。离子污染测试让制造商判断生产中清洗技术是否充分。检测离子污染的洁净度测试方法包括：

批次式水基清洗系统电阻率测试： 清洗 PCB 的系统常带内置电阻率测量工具。虽结果不可用于满足 IPC 标准，但可提供清洗系统有效性洞察。
溶剂萃取电阻率 (ROSE) 测试： ROSE 测试检测可导致污染的整体离子。零离子或类似离子测试单元将 PCB 上离子萃取至溶剂溶液。结果以每平方英寸整体离子数衡量。
改良 ROSE 测试： 在标准 ROSE 基础上增加热萃取法。仍用溶剂萃取整体离子，但 PCB 与溶剂溶液暴露于升温条件，再经离子图谱式设备测试。
离子色谱测试： 采用类似改良 ROSE 的热萃取法。萃取后溶液在离子色谱测试单元测试。结果提供样品中特定离子种类及每种离子每平方英寸含量。

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