離子色譜法測定印制電路板表面三種弱有機酸

賈亞波 滕怡玫

（麥可羅泰克（常州）產品服務有限公司，江蘇 常州 213000）

0 前言

印制電路板（PCB）廣泛應用于電子電氣產品，特別是汽車朝著“電動化”、“網連化”、“智能化”和“共享化”發展，以及進入到5G通訊時代，對電子產品的“母體”—PCB的可靠性提出了更高的要求。PCB表面殘留的離子會影響到組裝后的可靠性：通常會產生離子遷移，最終會導致開路、短路的失效,以及在組裝過程中，造成元件引腳與PCB焊盤在焊接后上錫不良，因此對PCB表面殘留的離子管控顯得非常的重要。在管控的方法中，離子色譜法是一種可以對PCB表面殘留離子進行定性和定量分析的手段。通常按照IPC-TM-650方法2.3.28進行測試，標準中包含了7種陰離子、6種陽離子和8種弱有機酸，具體見表1。

表1 IPC-TM-650方法2.3.28中的陰、陽離子及弱有機酸種類

1 試驗部分

1.1 儀器配置

現有儀器配置表見表2所示。

表2 儀器配置表

1.2 試驗步驟

用以上設備將柱溫設置為35 ℃，流速設置為1.0 mL/min，分別將1.0 mg/L的甲酸、乙酸、甲基硫酸單標溶液進樣以及三者的混合標準溶液進樣，可得色譜圖1（原為甲酸、乙酸、甲基硫酸三張色譜圖，主要差別在時間峰值不同，把三張合成一張圖了）。

從圖1可以看出，甲酸的保留時間是4.527 min，甲基磺酸的保留時間是4.487，兩者的保留時間差為0.04 min。這樣就造成圖2混合標準溶液出峰只有兩個，甲酸和甲基磺酸的峰重疊了。嘗試降低或增加淋洗液濃度，甲基磺酸和甲酸還是不能分離。

圖1 碳酸根淋洗液的甲酸、乙酸、甲基磺酸單標溶液的色譜圖

圖2 碳酸根淋洗液的甲酸、乙酸和甲基磺酸混合標準溶液的色譜圖

1.3 改進方案

對于陰離子和弱有機酸，常見的淋洗液分別是碳酸根淋洗液和氫氧根淋洗液，碳酸根淋洗液下無法分離甲酸和甲基磺酸，下面用氫氧根淋洗液試驗。在離子色譜儀主機型號不變的條件下，增加氫氧根淋洗液發生控制器RFC-30和氫氧化鉀 EGC淋洗液發生器。同時淋洗液由碳酸根淋洗液變為氫氧根淋洗液，色譜柱和保護柱也需要跟著調整，選擇了AS11-HC 4 mm色譜柱和AG11-HC 4 mm保護柱。檢測器、抑制器、流速、柱溫等保持不變，嘗試不同的氫氧化鉀淋洗液濃度，發現2 mol/L的淋洗液比較合適。同樣的三種弱有機酸的單標溶液和混標溶液，具體見圖3～圖5。改進的儀器配置表見表3。

圖3 氫氧根淋洗液的甲酸單標溶液的色譜圖

圖4 氫氧根淋洗液的乙酸單標溶液的色譜圖

圖5 氫氧根淋洗液的甲基磺酸單標溶液的色譜圖

表3 改進的儀器配置表

圖3到圖5的甲酸、乙酸和甲基磺酸的峰形差別明顯，因此圖6混合液中也沒有重疊，證明采用氫氧根淋洗液的離子色譜法可以分離這三種弱酸。

圖6 氫氧根淋洗液的甲酸、乙酸和甲基磺酸混合標準溶液的色譜圖

1.4 方法驗證

采用三種弱酸的峰面積對濃度作標準曲線，相關參數見表3。

表3 標準曲線相關參數

通過對2.0 mg/L的三種弱酸根混合表中溶液的測定，得出其相對標準偏差和回收率，詳見表4。

表4 相對標準偏差和回收率

2 實戰測試

按IPC-TM-650方法2.3.28對一塊表面處理為化學鍍錫的PCB進行測試，將樣品放入干凈的熱密封聚酯薄膜袋中，再加入異丙醇/去離子水溶液（體積比異丙醇：去離子水≤10:90）直至將試樣浸沒，置于80 ℃恒溫水域中，1 h后取出，冷卻到室溫。然后將這個異丙醇/去離子水溶液放入離子色譜儀中用改進后的方法測定溶液中離子含量，測試曲線顯示可以明顯分離出三種弱酸。具體色譜圖見圖7，三種弱酸含量見表5。

圖7 PCB表面殘留3種弱酸的離子色譜圖

表5 PCB表面殘留3種弱酸的含量

3 結果與討論

有機酸是較弱的酸，氫氧根淋洗液比碳酸根淋洗液的pH值高，氫氧根淋洗液能夠使有機酸可以完全離解，以陰離子形態存在，加上氫氧根淋洗液比碳酸根淋洗液的高淋洗強度，因此用氫氧根淋洗液分離甲酸、乙酸和甲基磺酸效果會更加出眾。同時氫氧根淋洗液的背景電導低，大約為2×10-4s/m ,而碳酸根淋洗液的背景電導大約為2.2×10-3s/m，因此氫氧根淋洗液有更高的檢出限和檢測的線性范圍。本次改進方案采用了在線淋洗液發生器，能夠精密的產生所需濃度的淋洗液，消除了人工配制淋洗液以及試劑雜質等誤差，可以得到較好的重現性。但是氫氧根淋洗液易吸收空氣中的CO2形成，這樣會改變淋洗強度，引起基線漂移，干擾待測離子的定量。因此配備除的裝置顯得非常的必要。

甲酸、乙酸和甲基磺酸的標準溶液目前還沒有發現國產的，因此有客戶使用高純度的甲酸、乙酸、甲基磺酸溶液配制“標準溶液”，這與真正的標準溶液還存在差距，引起了標準曲線的漂移，最終影響了定量的準確性。

用離子色譜法檢測PCB表面殘留的弱酸，淋洗液的選擇非常關鍵，用強堿性的淋洗液配合適當的分析柱，完成了三種弱酸的分離，并通過方法驗證以及實戰測試，證明了此方法的可行性。后續將在此基礎上，考慮用梯度淋洗的方法來研究其他陰離子及弱酸的檢測。