การกัดกร่อนของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นความเสี่ยงด้านความน่าเชื่อถือที่สําคัญในระบบอิเล็กทรอนิกส์ เกิดขึ้นเมื่อตัวนําทองแดงและส่วนต่อประสานโลหะทําปฏิกิริยากับออกซิเจน ความชื้น สารปนเปื้อนไอออนิก หรือสารเคมีในสิ่งแวดล้อม เมื่อเวลาผ่านไป การกัดกร่อนจะเพิ่มความต้านทานไฟฟ้า ทําให้ข้อต่อบัดกรีเสื่อมสภาพ และอาจทําลายร่องรอยที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้อย่างสมบูรณ์

บทความนี้อธิบายกลไกไฟฟ้าเคมีที่อยู่เบื้องหลังการกัดกร่อนของ PCB ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมและการผลิตที่เร่งความเร็ว และวิธีการระดับวิศวกรรมสําหรับการตรวจสอบ ซ่อมแซม และการป้องกันในระยะยาว นอกจากนี้ยังเปรียบเทียบพื้นผิว PCB ทั่วไป เช่น ENIG และ HASL จากมุมมองความต้านทานการกัดกร่อน

---

สารบัญ

• [1. ทําความเข้าใจกับการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนของ PCB] (#1-ความเข้าใจ-pcb-ออกซิเดชัน-และการกัดกร่อน)
• [2. กลไกไฟฟ้าเคมีของการกัดกร่อนของ PCB] (# 2-กลไกไฟฟ้าเคมีของการกัดกร่อนของ pcb)
• 3. สาเหตุด้านสิ่งแวดล้อมและการผลิต
• [4. อาการทางสายตาและทางไฟฟ้าของการกัดกร่อนของ PCB] (#4-อาการภาพและไฟฟ้าของการกัดกร่อนของ PCB)
• [5. พื้นผิวและความต้านทานการกัดกร่อน] (# 5 พื้นผิวและความต้านทานการกัดกร่อน)
• [6. ผลกระทบของการกัดกร่อนต่อความน่าเชื่อถือทางอิเล็กทรอนิกส์] (#6-ผลกระทบของการกัดกร่อนต่อความน่าเชื่อถือทางอิเล็กทรอนิกส์)
• [7. เครื่องมือระดับมืออาชีพสําหรับการซ่อมแซมการกัดกร่อนของ PCB] (# 7-professional-tools-for-pcb-corrosion-repair)
• [8. กระบวนการซ่อมแซมการกัดกร่อนของ PCB ทีละขั้นตอน] (# 8 ขั้นตอนต่อขั้นตอน PCB การกัดกร่อน - กระบวนการซ่อมแซม)
• 9. เทคนิคการซ่อมแซมสําหรับความเสียหายจากการกัดกร่อนอย่างรุนแรง
• [10. วิธีการทางวิศวกรรมเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของ PCB] (#10-วิศวกรรมวิธีการเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของ pcb)
• คําถามที่พบบ่อย
• สรุป

---

1. ทําความเข้าใจกับการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนของ PCB

แผงวงจรพิมพ์อาศัยตัวนําทองแดงจุดแวะชุบข้อต่อบัดกรีและสายส่วนประกอบเพื่อสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ พื้นผิวโลหะเหล่านี้ไวต่อปฏิกิริยาเคมีเมื่อสัมผัสกับออกซิเจน ความชื้น และสารปนเปื้อน

สองกระบวนการที่เกี่ยวข้องแต่แตกต่างกันเกิดขึ้น

ออกซิเดชัน

การเกิดออกซิเดชันเกิดขึ้นเมื่อทองแดงทําปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อสร้างคอปเปอร์ออกไซด์

ปฏิกิริยาทั่วไป ได้แก่ :

• ลูกบาศก์ + O₂ → CuO
• 2 ลูกบาศก์เมตร + O₂ → ลูกบาศก์เมตร

ชั้นออกไซด์บาง ๆ ก่อตัวขึ้นตามธรรมชาติบนพื้นผิวทองแดงที่สัมผัส แม้ว่าชั้นออกไซด์ที่บางมากอาจไม่ส่งผลต่อการทํางานในทันที แต่ก็ช่วยลดการนําไฟฟ้าของพื้นผิว ยับยั้งการเปียกของบัดกรีที่เหมาะสม และเร่งการกัดกร่อนเพิ่มเติมเมื่อมีความชื้น

การกัดกร่อน

การกัดกร่อนเป็นกระบวนการย่อยสลายทางเคมีไฟฟ้าในวงกว้างซึ่งเกี่ยวข้องกับออกซิเจนความชื้นเกลือหรือการปนเปื้อนไอออนิกและความต่างศักย์ไฟฟ้า

การกัดกร่อนสามารถกินทองแดงและผลิตสารประกอบต่างๆ เช่น คอปเปอร์คาร์บอเนต คอปเปอร์คลอไรด์ และคอปเปอร์ไฮดรอกไซด์ ซึ่งแตกต่างจากการเกิดออกซิเดชันธรรมดา สารประกอบเหล่านี้มักปรากฏเป็นคราบสีเขียวหรือสีน้ําเงินบนพื้นผิว PCB

---

2. กลไกไฟฟ้าเคมีของการกัดกร่อนของ PCB

การกัดกร่อนของ PCB มักเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี กลไกหลักสามกลไกมีอิทธิพลเหนือสภาพแวดล้อมอิเล็กทรอนิกส์

2.1 การโยกย้ายทางเคมีไฟฟ้า (ECM)

เมื่อมีความชื้นและการปนเปื้อนไอออนิกระหว่างตัวนําสองตัวภายใต้อคติแรงดันไฟฟ้า:

1. ไอออนของโลหะละลายที่ขั้วบวก
2. ไอออนเคลื่อนผ่านอิเล็กโทรไลต์
3. คราบโลหะเติบโตที่แคโทด

กระบวนการนี้ส่งผลให้เกิดการเจริญเติบโตของเดนไดรติกซึ่งสามารถสร้างไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างร่องรอย PCB ได้ในที่สุด

2.2 การกัดกร่อนของกัลวานิก

การกัดกร่อนของกัลวานิกเกิดขึ้นเมื่อโลหะสองชนิดสัมผัสกันต่อหน้าอิเล็กโทรไลต์

การผสมผสานโลหะทั่วไป ได้แก่ :

• ทองแดงและดีบุก
• ทองแดงและนิกเกิล
• ทองแดงและอลูมิเนียม

โลหะที่มีศักย์ไฟฟ้าเคมีต่ํากว่าจะสึกกร่อนก่อน ซึ่งจะค่อยๆ ทําให้การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าเสียหาย

2.3 การกัดกร่อนของสารเคมี

สารเคมีในสิ่งแวดล้อมบางชนิดเร่งปฏิกิริยาการกัดกร่อน ก๊าซที่มีกํามะถัน และสารมลพิษทางอุตสาหกรรม สารเคมีเหล่านี้ทําปฏิกิริยากับทองแดงและวัสดุบัดกรี และก่อตัวเป็นผลิตภัณฑ์กัดกร่อนที่รุนแรงซึ่งทําให้ประสิทธิภาพของวงจรลดลง

---

3. สาเหตุด้านสิ่งแวดล้อมและการผลิต

มีหลายปัจจัยเร่งการกัดกร่อนของ PCB อย่างมีนัยสําคัญ

3.1 ความชื้นสูง

ความชื้นสัมพัทธ์ที่สูงกว่า 60 เปอร์เซ็นต์จะเพิ่มความเสี่ยงต่อการกัดกร่อนอย่างมาก เนื่องจากน้ําสามารถทําหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ได้

การควบแน่นเป็นอันตรายอย่างยิ่งเมื่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ประสบกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว

3.2 การปนเปื้อนไอออนิก

สารปนเปื้อนทั่วไปที่พบใน PCB ได้แก่:

• สารตกค้างของฟลักซ์
• สารเคมีบัดกรี
• ลายนิ้วมือ
• ฝุ่นที่มีเกลือ

แม้แต่การปนเปื้อนไอออนิกเพียงเล็กน้อยก็สามารถเริ่มการโยกย้ายทางเคมีไฟฟ้าระหว่างตัวนําได้

3.3 สภาพการเก็บรักษาไม่ดี

การจัดเก็บที่ไม่เหมาะสมทําให้ PCB สัมผัสกับความชื้น ความผันผวนของอุณหภูมิ และมลพิษในอากาศ การจัดเก็บระยะยาวโดยไม่มีบรรจุภัณฑ์ป้องกันมักส่งผลให้เกิดการเกิดออกซิเดชันของทองแดงก่อนประกอบ

3.4 ขาดการเคลือบป้องกัน

พื้นผิวทองแดงเปลือยสึกกร่อนเร็วกว่าบอร์ดที่มีการป้องกันอย่างมาก ชั้นป้องกัน เช่น หน้ากากประสาน การเคลือบตามมาตรฐาน และพื้นผิวโลหะมีโนเบิลช่วยป้องกันการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อม

---

4. อาการทางสายตาและทางไฟฟ้าของการกัดกร่อนของ PCB

การตรวจจับตั้งแต่เนิ่นๆ ช่วยลดต้นทุนการซ่อมแซมและป้องกันความล้มเหลวของวงจรได้อย่างมาก

ตัวบ่งชี้ภาพทั่วไป

สัญญาณภาพทั่วไป ได้แก่ :

• คราบทองแดงสีเขียวหรือสีน้ําเงิน
• ร่องรอยทองแดงสีเข้มหรือหมองคล้ํา
• คราบผลึกสีขาวบนแผ่นอิเล็กโทรด
• ข้อต่อบัดกรีหยาบหรือไม่สม่ําเสมอ

อาการทางไฟฟ้า

การกัดกร่อนมักก่อให้เกิดปัญหาทางไฟฟ้าเป็นระยะ เช่น:

• เพิ่มความต้านทานการติดตาม
• สัญญาณไม่เสถียร
• รีเซ็ตอุปกรณ์แบบสุ่ม
• ข้อผิดพลาดในการสื่อสาร

ในกรณีที่รุนแรงการกัดกร่อนอาจทําให้เกิดวงจรเปิดหรือไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างร่องรอย

---

5. พื้นผิวและความต้านทานการกัดกร่อน

พื้นผิว PCB ช่วยปกป้องร่องรอยทองแดงจากการเกิดออกซิเดชันและการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อม

แช่

เสร็จสิ้นพื้นผิว	โครงสร้าง	ความต้านทานการกัดกร่อน	ข้อดี
เอนิค	นิกเกิล + ทอง	ดีเยี่ยม	พื้นผิวเรียบอายุการเก็บรักษานาน
HASL	เคลือบบัดกรีดีบุก	ปานกลาง	ข้อต่อบัดกรีต้นทุนต่ําและแข็งแรง
โอเอสพี	การเคลือบอินทรีย์	ต่ําถึงปานกลาง	ต้นทุนต่ําแต่อายุการใช้งานจํากัด
เงิน	ชั้นเงิน	ปานกลาง	การนําไฟฟ้าที่ดี

ENIG (ทองแช่นิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า)

ENIG ให้การปกป้องที่แข็งแกร่งเนื่องจากทองคําต้านทานการเกิดออกซิเดชันในขณะที่ชั้นนิกเกิลทําหน้าที่เป็นเกราะป้องกันการแพร่กระจายของทองแดง

พื้นผิวนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความน่าเชื่อถือสูง เช่น อุปกรณ์โทรคมนาคมและระบบควบคุมอุตสาหกรรม

HASL (การปรับระดับบัดกรีด้วยลมร้อน)

HASL ปกป้องทองแดงโดยการเคลือบบอร์ดด้วยบัดกรีหลอมเหลว อย่างไรก็ตาม พื้นผิวดีบุกสามารถออกซิไดซ์ได้เมื่อเวลาผ่านไป และการเคลือบสร้างความเรียบของพื้นผิวน้อยกว่าเมื่อเทียบกับ ENIG

---

6. ผลกระทบของการกัดกร่อนต่อความน่าเชื่อถือทางอิเล็กทรอนิกส์

การกัดกร่อนสามารถลดความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมาก

เพิ่มความต้านทานไฟฟ้า

ชั้นการกัดกร่อนทําหน้าที่เป็นตัวนําที่ไม่ดีและเพิ่มความต้านทานในร่องรอย PCB ซึ่งนําไปสู่การเสื่อมสภาพของสัญญาณและแรงดันไฟฟ้าตก

การเสื่อมสภาพของข้อต่อประสาน

การกัดกร่อนทําให้ข้อต่อบัดกรีอ่อนแอลงและอาจสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าเป็นระยะ

ติดตามความล้มเหลว

การกัดกร่อนขั้นสูงอาจกินร่องรอยทองแดงอย่างสมบูรณ์และทําลายเส้นทางไฟฟ้า

ไฟฟ้าลัดวงจร

การย้ายถิ่นทางเคมีไฟฟ้าสามารถผลิตเดนไดรต์โลหะที่เชื่อมตัวนําที่อยู่ติดกันทําให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรที่ไม่คาดคิด

---

7. เครื่องมือระดับมืออาชีพสําหรับการซ่อมแซมการกัดกร่อนของ PCB

การซ่อมแซม PCB แบบมืออาชีพต้องใช้เครื่องมือทําความสะอาดและบัดกรีเฉพาะทาง

ไอ

เครื่องมือ	จุดประสงค์
โซโพรพิลแอลกอฮอล์ (IPA)	ขจัดสิ่งปนเปื้อนและการเกิดออกซิเดชันของแสง
แปรง ESD แบบนุ่ม	ทําความสะอาดบริเวณวงจรที่บอบบาง
ปากกาไฟเบอร์กลาส	ขจัดชั้นการกัดกร่อนที่ฝังแน่น
สถานีลมร้อน	ถอดชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ออกอย่างปลอดภัย
หัวแร้ง	สร้างรอยต่อบัดกรีที่เสียหายขึ้นมาใหม่
เทปซ่อมทองแดง	ฟื้นฟูแผ่นอิเล็กโทรดหรือร่องรอยที่ชํารุด
มัลติมิเตอร์	ทดสอบความต่อเนื่องและความต้านทาน

ห้องปฏิบัติการซ่อมขั้นสูงอาจใช้กล้องจุลทรรศน์อุปกรณ์ทําความสะอาดอัลตราโซนิกและระบบทดสอบการปนเปื้อนไอออนิก

---

8. กระบวนการซ่อมแซมการกัดกร่อนของ PCB ทีละขั้นตอน

สําหรับการกัดกร่อนหรือการเกิดออกซิเดชันเบา ๆ วิศวกรมักจะปฏิบัติตามขั้นตอนการซ่อมแซมนี้

ขั้นตอนที่ 1 – การแยกพลังงาน

ถอดอุปกรณ์ออกจากแหล่งพลังงานทั้งหมดและปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุ

ขั้นตอนที่ 2 – การตรวจสอบด้วยสายตา

ใช้กําลังขยายเพื่อระบุตําแหน่งการกัดกร่อน ข้อต่อบัดกรีที่เสียหาย และร่องรอยทองแดงที่แตกหัก

ขั้นตอนที่ 3 – การทําความสะอาดด้วยสารเคมี

ใช้ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์หรือตัวทําละลายทําความสะอาด PCB แบบพิเศษ แล้วค่อยๆ ขัดบริเวณที่ปนเปื้อน

ขั้นตอนที่ 4 – การกําจัดทางกล

ใช้ปากกาไฟเบอร์กลาสหรือเครื่องมือขัดขนาดเล็กเพื่อขจัดชั้นการกัดกร่อนออกจากพื้นผิวทองแดง

ขั้นตอนที่ 5 – ล้างและเช็ดให้แห้ง

ทําความสะอาดสิ่งตกค้างและปล่อยให้ PCB แห้งสนิทก่อนทําการทดสอบ

ขั้นตอนที่ 6 – การทดสอบทางไฟฟ้า

ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อตรวจสอบความต่อเนื่องทางไฟฟ้าและตรวจสอบให้แน่ใจว่าร่องรอยที่ซ่อมแซมแล้วทํางานอย่างถูกต้อง

---

9. เทคนิคการซ่อมแซมความเสียหายจากการกัดกร่อนอย่างรุนแรง

เมื่อการกัดกร่อนทําให้ตัวนําหรือแผ่นทองแดงเสียหายแล้วจําเป็นต้องใช้เทคนิคการซ่อมแซมที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น

การสร้างร่องรอยใหม่

ร่องรอยที่ขาดสามารถเรียกคืนได้โดยใช้สายจัมเปอร์ เทปฟอยล์ทองแดง หรืออีพ็อกซี่นําไฟฟ้า

ซ่อมแผ่น

แผ่นบัดกรีที่เสียหายอาจสร้างขึ้นใหม่ได้โดยใช้ชุดซ่อมแผ่น PCB แบบพิเศษหรือแผ่นแปะทองแดง

การเปลี่ยนส่วนประกอบ

หากการกัดกร่อนไปถึงตะกั่วส่วนประกอบ ควรถอดส่วนประกอบที่เสียหายออก ทําความสะอาดแผ่นอิเล็กโทรด และติดตั้งส่วนประกอบทดแทน

เคลือบป้องกัน

หลังจากเสร็จสิ้นการซ่อมแซม การเคลือบผิวแบบ Conformal จะช่วยปกป้อง PCB จากการสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมในอนาคต

การเคลือบแบบสอดคล้องทั่วไป ได้แก่ วัสดุอะคริลิก ซิลิโคน และโพลียูรีเทน

---

10. วิธีการทางวิศวกรรมเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของ PCB

การป้องกันการกัดกร่อนนั้นง่ายกว่าและคุ้มค่ากว่าการซ่อมแซม

การควบคุมสิ่งแวดล้อม

รักษาระดับความชื้นให้ต่ํากว่า 50 เปอร์เซ็นต์ และหลีกเลี่ยงความผันผวนของอุณหภูมิอย่างรวดเร็วที่อาจทําให้เกิดการควบแน่น

กระบวนการผลิตที่สะอาด

ขจัดสารตกค้างของฟลักซ์และสารปนเปื้อนหลังจากบัดกรีโดยใช้การทําความสะอาดด้วยตัวทําละลายหรือการทําความสะอาดด้วยอัลตราโซนิก

เคลือบป้องกัน

ใช้การเคลือบผิวแบบ conformal สําหรับ PCB ที่ทํางานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น อุปกรณ์ทางทะเล เครื่องจักรอุตสาหกรรม หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กลางแจ้ง

การจัดเก็บที่เหมาะสม

PCB ที่ไม่ได้ประกอบควรเก็บไว้ในถุงกั้นความชื้นที่มีสารดูดความชื้นหรือบรรจุภัณฑ์สูญญากาศเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันระหว่างการเก็บรักษา

---

คําถามที่พบบ่อย

สาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของการกัดกร่อนของ PCB คืออะไร?

สาเหตุที่พบบ่อยที่สุดคือความชื้นรวมกับการปนเปื้อนไอออนิก ความชื้นและสารปนเปื้อนก่อตัวเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่ทําให้เกิดปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีบนพื้นผิว PCB

PCB ออกซิไดซ์ยังสามารถทํางานได้หรือไม่?

ใช่ PCB ที่ออกซิไดซ์เล็กน้อยอาจยังคงทํางานได้ตามปกติ อย่างไรก็ตาม การเกิดออกซิเดชันจะเพิ่มความต้านทานและสามารถลดความน่าเชื่อถือในระยะยาวได้

การกัดกร่อนของ PCB สามารถซ่อมแซมได้หรือไม่?

ในหลายกรณีสามารถซ่อมแซมการกัดกร่อนได้ การกัดกร่อนเล็กน้อยสามารถทําความสะอาดได้ ในขณะที่ความเสียหายที่รุนแรงอาจต้องสร้างร่องรอยใหม่หรือเปลี่ยนส่วนประกอบ

พื้นผิว PCB ใดที่ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีที่สุด?

โดยทั่วไป ENIG ถือเป็นหนึ่งในพื้นผิว PCB ที่ทนต่อการกัดกร่อนได้มากที่สุด เนื่องจากชั้นทองป้องกันการเกิดออกซิเดชันในขณะที่แผงกั้นนิกเกิลปกป้องทองแดงที่อยู่ด้านล่าง

---

สรุป

การกัดกร่อนของ PCB เป็นกระบวนการย่อยสลายทางเคมีไฟฟ้าที่คุกคามความน่าเชื่อถือของระบบอิเล็กทรอนิกส์ ความชื้น การปนเปื้อนไอออนิก และมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมช่วยเร่งการกัดกร่อนของร่องรอยทองแดงและรอยต่อบัดกรี

การทําความเข้าใจกลไกการกัดกร่อนการใช้ขั้นตอนการตรวจสอบและซ่อมแซมที่เหมาะสมและการใช้กลยุทธ์การออกแบบเชิงป้องกันสามารถยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างมาก การจัดเก็บ การควบคุมการปนเปื้อน และการเคลือบป้องกันที่เหมาะสมยังคงเป็นวิธีแก้ปัญหาระยะยาวที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการลดความเสี่ยงจากการกัดกร่อนของ PCB