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微型 化， 往往 导致 润湿 性 变 差 。 11 氧 化 物 厚 度 与 焊 盘 尺寸 不成 比 例 ， 从 而 导致 润湿 不 良 。 减少 接 合 点 的 尺寸 更 容易 促 使形 成 空 洞 ，主要 是 由 于 润湿更加 困难 ， 从 而 增 加 了 立碑 或者 偏 移 的 风险 。 （ 见 3.6.3 助焊剂 的 变 化。 ） 照 理 说 ， 较 小的 焊点 将比 大的 焊点 更 快 被 腐蚀 殆 尽 。 11 粒 径 的 减…
3.5.2.1 成本模型的历史 基于设备或者清洗剂供应商的成本模式已形成，但它们通常不完整，仅包
括供应商青睐的工艺和最重要的竞争对手，而不是所有可能的选择。通常这些模型只能用于证明购
买新设备，而不是优化制造操作的经济情况。
第一个出版的互动模型由霍利斯工程所产生，包括清洗用的皂化剂、纯水或者I型半水基清洗剂。
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后来杜邦将它修改为使用从现场经验收集的半水基清洗数据，模型中并不包括溶剂清洗数据和免洗
数据。
3.5.2.2 成本模型的价值 然而这些模型试图让厂家首先以焊接后清洁度测试，其次以每个清洗部品
的成本为基础来选择最佳工艺，它们一般不会提供一个包括所有主要清洗方案的全面模型。此外，
模型的互 动性将允许组装业者“填入”在每个工厂的设施和劳动成本，来决定最佳的整体清洗工
艺
。
3.5.2.3 未来⼯作 需要收集包括今日所有使用的焊接后清洗工艺的且行业认可的互动成本模型，其
目的是以确保它们在全球市场保持成本竞争力来巩固我们的行业成员。这种互动模式不被用作对其
它供应商的销售或者营销工具。
3.6 什么是忽略清洗的成本？ 高可靠性电子产品需要的性能要求和微型化加速了薄型、高密集电
路的需求。
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高密集电子组件的生产面临的一个共同威胁是枝晶的生长和金属间化合物，最终将可能
导致短路。电子电路组件的可靠性风险的研究报告指出，这种现象似乎更频繁地发生在无铅电子产
品。
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电子互连创新的速度超越了测试、管理、标准制定机构提供给企业的服务。
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微型化是在焊接材料上
不断施加新的准则和挑战。
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藉由减小焊盘、通孔、微导通孔、三维制造（多层芯片和封装体叠层）
和节距的尺寸，基板和元器件的构造变得更为精密，这会增加焊点的脆弱性。
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增加功能和小型设备在创新的电路设计中表现出显著的动力。
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制造复杂性随着不断往更小、更轻和
更先进的功能推动而增加。为了置入更多的电路到一个较小的器件，器件内的一切必须缩小尺寸。
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当封装件持续缩小，然而同一时间，封装尺寸和输入/输出数量增加，电路板的减缩和先进的封装驱
使设计者和元器件工程师调整电路板等级来改善可靠性。取消清洗将可能影响产品寿命和相关产品
性能的损失。
3.6.1 ⽆铅焊接 无铅是一项破坏性的变化，需要在电子组装的基本元素–元器件之间的连接改变
制造工艺。
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高输入/输出数量、逐步微型化、更可靠的性能和其它需求正在阻碍电路板的清洁效
果。
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清洗无铅组件的关联性必须考虑减轻杂散泄漏和电化学迁移的可靠性风险。
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无铅制程的改变要求更严格的工艺控制。
9
无铅合金需要较高的焊接温度，会造成额外的清洗挑战。
而过去工程师可以藉由增加助焊剂的活性、改变传送带速度、或者增加预热特设调整工艺，高锡/高
熔点合金是一个不同的问题。来自于一个明确的锡铅工艺的微小变化将可能导致增加电路板失效的
可能性。
一个紧缩的无铅锡银铜合金工艺窗口增加了清洗的关联性。随着焊接温度
增加、元器件的托高高度
降低，可能不再容许使用免洗工艺。
9
如果助焊剂在焊接工艺中发生氧化或者碳化，电路板将遭受大
量的离子污染物。在无铅工艺高温期间，电路板层压板膨胀并有吸收阻焊膜中污染物的风险。这种
风险可能引起电化学反应和可靠性问题。
3.6.2 微型化 由于越来越多的氧化物和免洗无铅应用的要求，微型化对助焊剂的化学性质增加了
巨大挑战。
9
元器件的尺寸和导体间距在作业中产生更多的热量。
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问题源自于具有更大设计密度的
电路板造成离子干扰、金属迁移和表面绝缘电阻降低。
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微型化，往往导致润湿性变差。
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氧化物厚度与焊盘尺寸不成比例，从而导致润湿不良。减少接合点
的尺寸更容易促使形成空洞，主要是由于润湿更加困难，从而增加了立碑或者偏移的风险。（见3.6.3
助焊剂的变化。）
照理说，较小的焊点将比大的焊点更快被腐蚀殆尽。
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粒径的减小由于增大了锡粉的暴露面积使得良
好的焊料锡粉氧化作用加大。从锡铅焊料转换成无铅焊料进一步让问题恶化，这是由于无铅焊料比
锡铅焊料具有较高的熔点和较差的润湿性。
藉由降低封装托高高度来促使腐蚀减少，形成预防材料被腐蚀的能力。
16 & 28
集成电路封装的表面上
的冷凝水和污染物的发生是因为温度超过露点时的表面张力。
16 & 28
在潮湿的环境和存在电偏压下，
过度离子污染物在组件上可能造成问题。在60%相对湿度，会形成两到四个分子厚的水层。随着水形
成污染，从而增加其它化学反应的风险。当相对湿度达到80%，水层是从五到二十个分子厚而且离子
可以在表面上自由流动。在这一点上的水分和有机酸可以形成腐蚀性电池。此问题的增加起因于紧
密的电路板线路、电路板密度和更高的电压。
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在恒定电压，导体之间的电场与导体间距成反比上
升。
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因此，电化学迁移和枝晶形成更容易从狭窄的导体间距发生。电子产品对枝晶形成的耐受力迅
速地削弱。
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线路间的短路源于电解枝晶的生长、导体的侵蚀、或者绝缘电阻的损失。
9
3.6.3 助焊剂的变化 无铅合金与各种助焊剂化学品的兼容性被认为是至关重要的，并需确定处理
能力、保质期和焊接能力，如锡球、润湿和焊点外观的性能。
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一般来说，锡银铜无铅合金表现出不
佳的润湿能力。需要更具活性的助焊剂化学品以实现与共晶锡铅合金相当的润湿。
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更具活性的助焊
剂会导致更多的腐蚀性助焊剂残留，因此需要更多有效清洗工艺的使用来符合设计可靠性要求。
Lee
3
引用了无铅免洗助焊剂组合物成分的特点。
11
采用免洗工艺的目标是为残留形成一个坚硬的屏
障，密封电路以阻绝接触离子污染。然而，随着焊接温度上升，助焊剂材料经历物理和化学性质的
变化，如挥发性成分的蒸发、表面能和熔融粘度。
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而过去制造商不想清洗组件，它们不能冒着超过
规定的污染极限的风险。这种系统将带来更多的残留，表面绝缘电阻降低，并增加了必要的清洗。
使用在共晶铅锡的助焊剂成分的技术已被充分的理解和掌握。
19
使用在无铅锡银铜合金所需的较高焊
接温度，有机溶剂必须具备热稳定性以降低焊接元器件所需活化剂的等级。一个关键问题是热稳定
性的缺乏，因此需要更具活性的助焊剂成份。这使得所留下的残留物不再符合免洗类别。
3.6.4 电⽓故障 当制程、材料、制造设备变化时，电子组装业者使用表面绝缘电阻（SIR）测试进
行评估。表面绝缘电阻的定义是两个电导体之间的电阻。
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表面绝缘电阻可被视为是一个系统抵抗引
线或者线路间表面短路的能力。表面绝缘电阻测试样品的性能直接关系到清洁度。
表面绝缘电阻量测受污染和无污染两者的并联电阻值。
2
图形的导体间的枝晶生长或者导电性溶液的
存在会影响它们之间的电阻。较高的表面绝缘电阻值是因清洁的电路板不形成枝晶。较低的值是由
于导电枝晶或者盐的存在。
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3.6.5 电化学迁移 电化学迁移是发生在导电金属导体之间，当它们受到一个直流电偏压时所形成
的桥接通道。
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金属导体从正电荷的导体（阴极）向一个负电荷的相邻导体（阳极）增长，而引起导
体之间的短路。电化学迁移由逆向金属电镀所构成。
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离子污染物与水相结合，普遍形成一个酸的局
部源，它会溶出金属离子。在电位的影响下，金属离子穿过中间的间距，形成一个金属丝。严重污
染的组件比清洁组件有更大的风险。
电化学迁移提供了一个衡量污染物及其对组件可靠性的影响的方法。
2
金属盐和导电离子，例如助焊
剂和PCB基材中常见的氯化物和溴化物，可能引起穿越引线或者走线间的短路。这些在电解质中的
离子可能衍生自金属导体的腐蚀或者不当清洗的电路板基板。污染可能来自裸PCB的制造，后续处
理，或者腐蚀性助焊剂的应用却没有充分清洗。研究已经确定，电化学迁移和腐蚀所造成的失效主
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要建立在部件的清洁度。
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当施加电压的电路中存在着水分，离子残留围绕金属引线将开始电化学迁
移。
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就算是在金属引线被腐蚀前，这种腐蚀现象已经影响它的导电性。
3.6.6 可靠性风险 可靠性问题的高风险可能会发生，尤其是在高可靠性的终端使用环境。在免洗
环境的设施内不好的工艺控制将增加风险，特别是在工艺控制调整可以实时被进行的情况下。免洗
工艺的实现将清洗和相关的工艺控制移转到多个出价最低的供货商
。最终测试和出货给客户之前，
潜在的可靠性问题有机会得到纠正。如果组件施加了敷形涂覆层，这一点尤其重要。
当处理免洗组件，设备和人力都需要执行测试和分析来确保输入元器件和电路板的清洁度。所有供
货商的制造工艺的资格核定以确保输入部件符合制造工艺标准。这个问题随着供货商和供货商制造
场所数量的增加而变得更加繁琐。
原始设备制造商要求供货商/用户/客户就现有的行业水平和测试
方法文件达成一致；或者产生任何目前不存在的文件。
参考⽂献
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