其中大氣環(huán)境作為電路板腐蝕發(fā)生的外部條件，大氣污染物在產(chǎn)品腐蝕發(fā)生的過程中扮演了重要角色。由于與大氣污染物相關(guān)的故障通常在電子產(chǎn)品使用一段時間后才能顯現(xiàn)出來，這意味著一旦發(fā)生了腐蝕引起的故障，相同環(huán)境下相同使用年限的產(chǎn)品將進(jìn)入故障集中爆發(fā)期。同時污染對電子產(chǎn)品的影響是不可逆的，會對維修造成很大困難，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品的報廢。因此在產(chǎn)品設(shè)計之初進(jìn)行相應(yīng)的大氣污染物的防護設(shè)計很有必要。

在以往研究中的有關(guān)電路板腐蝕問題，主要聚焦于特定類型的腐蝕機理及緩蝕劑的研究。電路板涂覆涂層的研究中，偏向在平面條件下保護涂層的不同材質(zhì)、不同厚度等因素對防護和可維修性的分析，少有專門針對工程實際中電路板防護涂層的涂覆薄弱點評估和關(guān)于電路板腐蝕防護的系統(tǒng)性介紹。

在以往研究的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合電路板大氣污染物防護的實際問題，從電路板典型腐蝕失效和保護涂層的涂覆薄弱點入手，探討電路板類產(chǎn)品應(yīng)對大氣污染物的具體防護措施。

灰塵中通常含有氯離子、硫酸根、硝酸根等水溶性鹽分。除了直接使設(shè)備內(nèi)部金屬接插件或金屬觸點接觸不良外，還會在金屬表面促使水膜的形成。水溶性成分溶解在水膜中，將會加速金屬腐蝕的發(fā)生，導(dǎo)致電路板絕緣阻抗下降。若在電路板工作過程中，可能會發(fā)生更為嚴(yán)重的電偶腐蝕。

此處描述的液態(tài)空氣污染物除了廣義上的液體外，還包含了被氣體攜帶的液體和空氣中霧化液滴狀物的氣溶膠。沿海地區(qū)的空氣中，鹽霧含量較高，主要成分是NaCl，NaCl在化學(xué)上比較不活潑，但在潮濕及有水的情況下，會產(chǎn)生Cl^-，與Cu，Ni，Ag等金屬或合金反應(yīng)。

含硫化合物是大氣中最主要的污染物之一，大氣中H₂S和SO₂主要來自采礦、含硫燃料的燃燒及冶金、硫酸制造等工業(yè)過程。H₂S和SO₂是強可變組分，H₂S在加熱情況下可分解為H₂和S。排放到空氣中的SO₂與潮濕空氣中的O₂和水蒸氣反應(yīng)，在粉塵等催化劑作用下化合生成H₂SO₄。

腐蝕集中在金屬材料表面的小部分區(qū)域內(nèi)，其余大部分表面腐蝕輕微或不發(fā)生腐蝕。主要由于金屬表面狀態(tài)（涂層缺陷、化學(xué)成分等）和腐蝕介質(zhì)分布的不均勻，導(dǎo)致電化學(xué)性不均勻，即不同的部位具有不同的電極電位，從而形成電位差，驅(qū)動局部腐蝕的產(chǎn)生。在局部腐蝕過程中，陽極區(qū)域和陰極區(qū)域區(qū)別明顯，通常形成小陽極大陰極的組態(tài)，陽極腐蝕嚴(yán)重。

一種特殊的局部腐蝕，常見于鍍金元件上的特殊電偶腐蝕。由于鍍層表面微孔或其他缺陷的存在，中間過渡層甚至基體金屬暴露在大氣中，Au與其他金屬形成大陰極小陽極的電偶對，發(fā)生電化學(xué)腐蝕。腐蝕產(chǎn)物的出現(xiàn)進(jìn)一步導(dǎo)致表面缺陷的增大，最終導(dǎo)致鍍層破壞。受接觸表面微孔腐蝕產(chǎn)物的影響，腐蝕區(qū)域?qū)⒈憩F(xiàn)出較高的接觸阻抗和相移。

在相鄰導(dǎo)體間距較近且存在偏壓的情況下，將形成較強的電場。若此時導(dǎo)體存在液膜，電位較高的導(dǎo)體將會被溶液電解，形成的離子向另一導(dǎo)體遷移，導(dǎo)致導(dǎo)體間絕緣性能迅速下降，破壞導(dǎo)體，最終導(dǎo)致設(shè)備失效。

電路板上會用到多種物料，物料的選型對于腐蝕反應(yīng)的發(fā)生有重要影響。以工程實際中遇到的厚膜電阻硫化、SMD LED兩種典型硫化失效和印制板銅腐蝕為例，比較不同器件封裝結(jié)構(gòu)和材料選擇對電路板抗腐蝕能力的影響。

典型抗硫化電阻封裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過1年的對比應(yīng)用試驗表明，電阻硫化失效率大大降低，新封裝結(jié)構(gòu)的厚膜電阻具有良好的抗硫化作用。

典型的貼片封裝LED結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中與金線相連的一般為鍍銀支架，灌封材料則通常根據(jù)廠商而異。實際應(yīng)用中，在含硫量較高的地區(qū)使用硅膠封裝LED，被硫化的風(fēng)險很高。

圖2 貼片LED結(jié)構(gòu)

圖3 被硫化的硅膠封裝LED

圖4 金相顯微鏡下的被硫化的硅膠封裝LED開封圖片

圖5 LED支架區(qū)域SEM圖像

圖6 EDS分析結(jié)果

圖8 化學(xué)鎳金處理的電路板過孔腐蝕

圖9 熱風(fēng)整平噴錫處理的電路板過孔腐蝕

圖10 電路板ICT測試壓痕

印制電路板的器件腐蝕通常從引腳或器件邊緣誘發(fā)，歷經(jīng)表面涂層損傷、界面腐蝕擴展、金屬腐蝕擴展、元器件內(nèi)腔腐蝕等階段。三防漆作為一種特殊配方的涂料，用于保護電路板免受環(huán)境的侵蝕。

表1 IPC-A-610建議涂覆厚度

圖11 保護涂層的薄弱點

圖13 鹽霧試驗方案

試驗結(jié)果表明，在三防漆涂覆工藝相同的前提下，不同物性參數(shù)和涂覆厚度的三防漆在電路板的防護效果上有較大的差異。適當(dāng)提高三防漆材質(zhì)黏度和厚度能有效改善器件引腳處和器件邊沿處防護效果，保證涂層的完整性，進(jìn)一步提高了電路板器件工作過程的抗腐蝕能力。

圖15 IP67電路板防護外殼

提高防護等級可能會導(dǎo)致如散熱、人機交互、成本等方面的問題。當(dāng)系統(tǒng)中引入風(fēng)扇時，需注意風(fēng)道設(shè)計。根據(jù)設(shè)備的使用環(huán)境，合理選擇產(chǎn)品的散熱方式和風(fēng)扇的位置。當(dāng)風(fēng)扇置于進(jìn)風(fēng)口位置，應(yīng)注意避免在設(shè)備內(nèi)部形成渦流，且進(jìn)風(fēng)口位置避免放置管腳密度較大的器件，以減少局部區(qū)域積灰嚴(yán)重的問題出現(xiàn)，避免固體顆粒污染物聚集。