Der Salzsprühtest ist ein entscheidendes Prüfverfahren zur Überprüfung der Umweltbeständigkeit von Leiterplatten und Leiterplattenbestückungen . Dieser Artikel bietet eine umfassende und detaillierte Erklärung.
I. Zweck und Bedeutung des Tests
Salzsprühnebeltests dienen primär der Bewertung der Korrosionsbeständigkeit von Leiterplatten und Leiterplattenbestückungsautomaten sowie deren Oberflächenbehandlungsverfahren in einer salzhaltigen, feuchten Umgebung. Ihr Hauptzweck besteht nicht nur in der Simulation einer realen Meeresumgebung, sondern vielmehr in der Schaffung einer beschleunigten, kontrollierten Korrosionsumgebung für:
1. Bewertung der Schutzwirkung: Prüfung der Schutzwirkung von Lötstopplackschichten und Oberflächenbehandlungen (wie HASL, Immersionsgold/ENIG, OSP usw.) auf dem Kupfersubstrat.
2. Entdeckung potenzieller Defekte: Aufdecken von Defekten wie Mikroporen, Kratzern und Verunreinigungen auf der Lötstopplackschicht, die während des Herstellungsprozesses entstehen können.
3. Vergleich der Vor- und Nachteile der Verfahren: Bereitstellung von Vergleichsdaten zur Korrosionsbeständigkeit verschiedener Oberflächenbehandlungen und Materialien oder Tinten von verschiedenen Lieferanten.
4. Vorhersage der Langzeitzuverlässigkeit: Bereitstellung von Zuverlässigkeitsreferenzen für elektronische Produkte, die in rauen Umgebungen wie Küstengebieten und Chemieanlagen eingesetzt werden.
II. Prüfstandards
Gemeinsame angewandte Normen aus den folgenden Hauptsystemen:
● IEC (Internationale Elektrotechnische Kommission): IEC 60068-2-11 und IEC 60068-2-52. IEC 60068-2-52 wird häufiger verwendet, da sie verschiedene Schweregrade (von Ka bis Kd) umfasst.
● ISO (Internationale Organisation für Normung): ISO 9227, einer der weltweit am häufigsten verwendeten Standards für Salzsprühnebeltests.
● ASTM (American Society for Testing and Materials): ASTM B117, eine seit langem etablierte und traditionelle Prüfmethode.
● Chinesische nationale Normen (GB): GB/T 2423.17 und GB/T 2423.18, im Wesentlichen gleichwertig mit den IEC-Normen.
In der Elektronikindustrie sind IEC 60068-2-52 und ISO 9227 die am häufigsten angewandten Normen.
III. Testmethoden und -verfahren
1. Lösungsvorbereitung:
Üblicherweise wird eine 5%ige ± 1%ige NaCl-Lösung (Natriumchlorid) mit einem pH-Wert im neutralen Bereich (6,5–7,2) verwendet. Manchmal wird ein beschleunigter Salzsprühtest mit Essigsäure durchgeführt, um die Korrosion weiter zu beschleunigen.
2. Testbedingungen:
● Temperatur der Salzsprühkammer: Im Allgemeinen konstant bei 35°C ± 2°C.
● Relative Luftfeuchtigkeit: Ungefähr 100%.
● Absetzrate: Die Menge des auf dem Kollektor abgesetzten Salzsprays sollte auf 1,0 ~ 2,0 ml/80cm²·h eingestellt werden.
3. Testvorbereitung:
● Bei dem Testmuster sollte es sich um eine Leiterplatte mit abgeschlossener Oberflächenbehandlung handeln, vorzugsweise mit repräsentativen Grafiken (wie Linien und Pads).
● Die Probe muss sauber, frei von Fingerabdrücken und Öl sein.
● Der Aufstellwinkel ist entscheidend; typischerweise sollte die Oberfläche der Probe in einem Winkel von 15° ~ 30° zur Vertikalen stehen, um sicherzustellen, dass sich der Salzsprühnebel frei auf der Oberfläche absetzen kann und sich nicht ansammelt und abtropft.
4. Testzykluszeiten:
● Je nach Anforderungen und Standardniveau der Produkte sind übliche Zyklen 24 Stunden, 48 Stunden, 96 Stunden, 168 Stunden (7 Tage) oder sogar länger.
● Neutraler Salzsprühtest (NSS): Der grundlegendste Test.
● Beschleunigter Salzsprühtest mit Essigsäure (AASS): Der Lösung wird Essigsäure zugesetzt, wodurch der pH-Wert auf ca. 3,2 gesenkt wird, was zu einer schnelleren Korrosion führt; wird für strengere Bewertungen verwendet.
● Kupferbeschleunigter Essigsäure-Salzsprühtest (CASS): Basierend auf AASS wird Kupferchlorid hinzugefügt, was zur stärksten Korrosivität und zur höchsten Beschleunigungsrate führt.
5. Erholung:
Nach der Prüfung sollte die Probe vorsichtig unter Wasser bei Raumtemperatur gereinigt werden, um Oberflächensalze zu entfernen, und anschließend 1-2 Stunden lang unter Standardatmosphärenbedingungen (z. B. 23 °C, 50 % relative Luftfeuchtigkeit) gelagert werden, bevor sie ausgewertet werden kann.
IV. Ergebnisbewertung und Misserfolgskriterien
Nach den Tests geht es nicht mehr nur darum, auf „Rost“ zu prüfen, sondern um eine detaillierte Inspektion:
1. Sichtprüfung:
● Untergrund: Auf Blasenbildung, Delamination und Verfärbung prüfen.
● Lötstopplack: Auf Blasenbildung, Abblättern, Risse und Verfärbungen prüfen.
● Leiter und Pads:
1) Kupferkorrosion: Grüner, blauer oder schwarzer Kupferrost bildet sich an der Oberfläche.
2) Oberflächenbehandlungskorrosion: Zum Beispiel Schwärzung der verzinnten Oberfläche, „Rost“ (Nickelschichtkorrosion) unter der Immersionsgoldschicht und Beschädigung des OSP-Films, wodurch Kupferoxid freigelegt wird.
3) Elektrochemische Migration: Unter Spannungsvorspannung können sich Dendriten bilden, was zu Kurzschlüssen führen kann.
2. Prüfung der elektrischen Leistungsfähigkeit:
Prüfen Sie, ob der Isolationswiderstand abnimmt oder ob Kurzschlüsse/Leckströme auftreten.
3. Prüfung der mechanischen Leistungsfähigkeit
Prüfen Sie, ob sich die Lötbarkeit der Pads nach dem Test verschlechtert.
4. Gemeinsame Kriterien:
Nach einem 96-stündigen Salzsprühtest unter neutralen Bedingungen sollte die Lötstoppmaske beispielsweise keine Blasenbildung oder Ablösung aufweisen, und die Breite der Kupferkorrosion an den Leiterkanten sollte einen bestimmten Bereich (z. B. 100µm) nicht überschreiten.
V. Anforderungen an Leiterplattendesign und -fertigung
Um die Erfolgsquote beim Salzsprühtest zu verbessern, sollten während der Konstruktions- und Fertigungsphase folgende Punkte berücksichtigt werden:
1. Auswahl der Oberflächenbehandlung:
● Immersion Gold (ENIG): Funktioniert im Allgemeinen gut, aber achten Sie darauf, dass keine "schwarzen Pads" entstehen.
● Immersionszinn, Immersionssilber: Bieten eine gute Korrosionsbeständigkeit, jedoch ist bei der Lagerung und Oxidation Vorsicht geboten.
● HASL: Dickere Schicht, aber unebene Oberfläche kann Korrosion einschließen.
● OSP: Dünne Schutzschicht, im Allgemeinen geringere Beständigkeit gegen Salzsprühnebel.
2. Lötstoppmaske:
Wählen Sie Tinten mit hoher Haftung, hoher Deckkraft und guter Chemikalienbeständigkeit. Eine vollständige Deckung ist entscheidend; stellen Sie sicher, dass alle Kupferoberflächen, insbesondere die Leiterkanten, gut bedeckt sind.
3. Konstruktionsspezifikationen:
● Vermeiden Sie es, kritische, feine Leiterbahnen entlang der Platinenkanten zu platzieren.
● Erwägen Sie das Aufbringen einer Schutzbeschichtung, beispielsweise einer Schutzlackierung. Dies ist eine der effektivsten Methoden, um die Beständigkeit gegen Salzsprühnebel deutlich zu verbessern.
● Geeignete Abstandsgestaltung zur Vermeidung von Korrosionsbrücken.
VI. Wichtige Überlegungen
● Grenzen der Beschleunigung und Korrelation: Der Salzsprühtest ist ein beschleunigter Korrosionstest, dessen Ergebnisse keinen direkten, linearen Zusammenhang mit der Lebensdauer der Leiterplatte unter realen Außenbedingungen aufweisen. Er dient hauptsächlich dem qualitativen Vergleich und der Fehlererkennung.
● Konsistenzkontrolle: Die Kalibrierung der Salzsprühkammer, die Lösungskonzentration, der pH-Wert und der Positionierungswinkel müssen streng kontrolliert werden; andernfalls ist die Wiederholbarkeit der Ergebnisse schlecht.
● Umfassende Bewertung: Salzsprühnebeltests werden üblicherweise nicht als alleiniges Zuverlässigkeitskriterium herangezogen. Sie müssen mit anderen Umwelttests wie Feuchthitze- und Temperaturwechseltests kombiniert werden, um die Zuverlässigkeit des Produkts umfassend zu bewerten.
Zusammenfassung
Salzsprühnebeltests für Leiterplatten und bestückte Leiterplatten (PCB&PCBA) sind ein grundlegender und entscheidender Zuverlässigkeitstest zur Messung und Überprüfung der Beständigkeit gegenüber Korrosion. Er dient primär der Überprüfung der Fertigungsqualität der Leiterplatte, insbesondere der Integrität der Oberflächenbehandlung und der Lötstopplackierung. Durch die geeignete Auswahl von Prüfstandards, die strenge Kontrolle des Prüfprozesses und die Kombination mit einer korrekten Fehleranalyse lässt sich die Langzeitzuverlässigkeit von Leiterplatten unter rauen Umgebungsbedingungen effektiv verbessern.
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