No.010 某射频功分器外壳腐蚀现象
1.现象表现及描述
1）现象表现
某机顶盒项目使用的PCBA单板由库房返回时发现器件引脚氧化，不良率超过50%，大部分腐蚀发生在引脚位置，如图1.35所示。也有少量器件在正面有明显的腐蚀，如图1.36所示。
图1.35 发生在引脚位置上的腐蚀
图1.36 外壳上表面的腐蚀
在后续抽检过程中发现其他PCBA上也普遍存在此现象。
2）库存器件表面原态观察
从库存中随意抽检7PCS，检查其外观原态，如图1.37所示。
图1.37 库存器件表面原态观察
从如图1.37所示的外观可见，金属外壳表面的沟槽明显可见，表面隐约有块状区域，局部有雾状区域，由此可判断金属外壳表面镀层很薄且局部区域多针孔。
3）检测结果
实验室对发黑区域形貌和成分检测的结果，表明基体金属Fe元素已经形成微电池腐蚀，腐蚀产物游离到锡镀层的表面，如图1.38所示。从图中可以明显看到腐蚀黑点和斑块，这些均是镀层针孔密布区的外观表现。
图1.38 发黑区域的SEM/EDX分析
4）对比试验
对实验室所做的正常镀层与腐蚀后的镀层的表面变化做对比试验，很好地验证了正常镀锡层的表面为光亮无针孔的纯锡层，而多针孔区的表面灰暗，并且同时存在Sn和Fe两种元素的离子，如图1.39所示。
图1.39 正常镀层与腐蚀后的镀层的表面变化
腐蚀后的锡镀层表面形成类似沟壑状的形貌，沟壑底部变得疏松多孔，如图1.40所示。检测其成分，凸起的为纯Sn相，腐蚀部分同时存在Sn、Fe两种元素（离子态）。进一步证实了该锡镀层厚薄不均，厚的地方，针孔已被封堵住，镀层底下的钢制零件被保护；而镀层薄的沟壑部，疏松多孔，为电化腐蚀的发生提供了条件。
图1.40 腐蚀后的锡层表面的SEM/EDX分析
5）器件外壳材料及镀层分析
（1）PCB焊盘表面镀层为ENIG Ni（P）/Au。
（2）器件外壳材料和终端处理工序：根据器件供货方信息，该器件外壳采用电镀锡的薄钢板（俗称马口铁，英文缩写为SPTE）直接冲压成形。从外壳的制造工艺特征来看，冲压成形后未再做最终工序的表面处理。
（3）无针孔和划痕的锡镀层，常温时在空气中很稳定，对潮湿、水溶性盐溶液和弱酸具有相当好的抗腐蚀性能，也不易被含硫的化合物侵蚀而变暗，它完全可以抗住目前波峰焊接所使用的弱酸性助焊剂的侵蚀。
（4）普通锡镀层晶粒粗大、疏松、孔隙多，故镀层通常要采用热熔工序热熔（红外热熔或热油（甘油）热熔），或者采用细结晶的光亮镀锡工艺，才能获得光亮致密、厚度均匀、抗腐蚀性强、可焊性好的锡镀层。
2.形成原因及机理
1）缺陷原因定性
（1）违背结构零件的制造原则：结构零件的保护性镀层或三防涂层，均应该设置在零件制造的最终端工序。本案例采取预先就已镀好锡保护层的马口铁，再经冲压、冲裁加工成零件，事后也未采取措施恢复在工序加工中已被破坏或削弱了的零件表面的保护功能，违背了零件表面保护处理工艺规范要求，破坏了保护性镀层必须确保完整、密封地包裹被保护基材的原则。
（2）镀锡工艺不完善：在钢制零件上直接镀锡作为保护和可焊涂层，本身就是一种错误的工艺，它不符合国家标准对镀锡层做保护和可焊性涂层结构的要求（先镀Cu做底层，后再镀规定厚度的锡层）。
（3）对镀锡层的保护功能缺乏了解：由于在钢上镀锡属于阴极性镀层，这种镀层只有当其整个镀层均不存在任何针孔和划伤痕时，才能保护钢铁零件不被环境侵蚀。由于镀锡层的颗粒状结晶结构和多针孔性，只有达到了规定的镀层厚度将针孔完全封堵住后，才能发挥其保护性能。
（4）镀锡层质量不良：厚度不足、厚薄不均匀、局部区域存在针孔，是导致器件在暴露环境下长时间存放过程中，发生电化腐蚀现象的根源。而且在此环境下暴露存放时间越长，发生腐蚀的器件将越多。
2）缺陷形成机理
在一般条件下，锡镀层对钢铁而言，属于阴极性镀层，只有当锡镀层无孔隙时，才能有效地保护钢铁零件。当Fe上的Sn镀层受到破坏，而暴露出来的地方又与空气（含有水蒸气、CO2等）相接触时，就会形成微电池。其中Sn是正极，Fe是负极，Fe因而将受到破坏，Fe++不断地被投入溶液中，如图1.41所示。这样镀Sn的Fe在损坏的地方比没有镀Sn的Fe锈得更快。
图1.41 钢铁基材上镀锡，可能出现的电化腐蚀现象
3.解决措施
（1）敦促供应商按国家标准生产，一定要确保锡镀层结构方式和厚度完全符合国家标准的要求。
（2）对PCBA采用三防涂覆措施，可有效提高该单板和器件的抗恶劣环境侵蚀的能力。在采用三防涂覆加固时，要注意当单板走完最后的电测工序后，干燥季节要在72h内完成三防喷涂工序，而雨季应在48h内完成三防喷涂工序。