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3.3 制程残留物及其对产品可靠性的影响产品的可靠性是表示在一个特定的期间范围内的环境条件下该设备的功能。更高密度的、更大的、更小的叠层元器件、以及更小的托高高度等正在改变电路板清洁度的定义。质量保证的传统观点等同于以可见残留和溶剂萃取测量的电阻率来衡量的电路板可靠性。随着元…

技术基准的市场压力增加了可靠性的要求，作为电子组装业者须溯及上游的常规设计到临界以及前

沿技术。

在过去的二十年里，传统的表面贴装技术成功地采用了低残留免洗焊接工艺。今日对印制

电路板厂商的挑战则取决于密度、无铅化、微型化。

高性能电子组件的设计将由多层和叠层封装密

度，增加输入/输出数量，缩小面阵列节距，和更小的元器件托高高度等要求驱使着。额外的要求包

括成本控制、制程限制、安全和环境法规（包括国家和国际约束以及地方性的规范和风气）制约的

工艺变化，并且需要根据不断增加的供应链来控制程序的完成。

3.2 技术创新技术发展与创新的路径创造了产品将要履行此要求的期望

。

技术的进步提出了高复

杂性电路的需求，表现在改进性能、提高可靠性、微型化和电路密度。更小、更轻、更先进的功能

不断驱使制造复杂性增加。为了置入更多的电路到一个较小的器件中，器件内的一切都必须缩小尺

寸。

智能和交互式电子器件重新聚焦在可靠性上。

半导体器件几乎可以置入任何领域：在车辆用来监控更换零件的需求，在人体用来检测心跳和大脑

活动，甚至在植物生长用来传递水或者肥料的需求。对于无处不用的计算及嵌入式网络和控制，电

子设备的复杂性不断增长。以下范例说明产品设计师所面临的复杂性和挑战：

• 军事/国防：军事/国防部门对可靠性的需求是前所未有的。关键任

务的信息系统、武器系统和其它

关键组件等，需要复杂的电子设备让世界免于恐怖分子的危险。高密度电路设计必须保证在恶劣环

境下操作或者长时间储存后的耐用性和可靠性。有越来越多的驱动因素要消除有害空气污染物

（HAP），减少挥发性有机化合物（VOC），并避免使用违反工人安全的物质。军事服务中工艺的

整合正在增长；而

去助焊剂制程应该有效地与联合服务溶剂替代工作组（JS3WG）的工作成果协

调一致。

• 航天：航空电子技术要求营运效率建构于材料和防止失效上。

未来航天要求增加使用芯片级的航

空电子设备，以减少尺寸、重量、动力和成本，同时提高可靠性。改进安全性是为了检测、预测和

避免危险。符合安全和环境法规要求代表了另一个挑战。例如，法规的约束降低了具备适当润湿性

能和用来去除助焊剂残留物的功效的清洗剂的可用性。限制挥发性有机化合物也会限制有效清洗剂

的可用性。

• 医疗：医疗设备的创新可改善生活质量和降低保健成本。先进的封装有助于缩小

尺寸、增加功能

和提高可靠性的改进。电子技术是一个用于治疗慢性疾病的关键推动者。远程监测和疾病管理设备

藉由集成逻辑的电子创新，扩大了患者对远程监控选项的范围。集成电子组件植入设备后放大了可

靠性、兼容性和表面清洁度/表面质量问题的重要性。

• 汽车：随着越来越多消费者的要求、技术发展、全球化、一体化的挑战，汽车行业正处于重大变

革。消费者变得更有能力和精明，他们对汽车的

需求和要求正在以指数速度发展。消费者希望它们

的车辆能提供信息、娱乐、安全和方便。为满足这些要求，车辆将变得更加智能，提供便于新手司

机的操作，并可依买家的更多个性要求而定制。

• ⽹络和信息技术：企业系统创新提供了改进的接口，可连接世界各地的人们。启用共同的信息技

术标准，下一代能够便于消费者使用的网络和行业高效分频器让通信、媒

体/娱乐和电子行业之间

的界线正在变得模糊。这些融合的供货商期望需求越来越多的电子解决方案，例如在移动电话上有

网络视频和MP3音乐下载。可靠的网络和信息技术也是必需的，无论是在工业界、执法机关、医

疗、政府机构和国家/国际安全等。在这些领域，可靠的、安全的、长期的可存取的信息存储是必

需的。

•

移动设备：移动设备的市场渗透力是世界性的。在发达国家的移动电话市场渗透率高达90%。移动

设备将在不发达和第三世界国家日益重要，那里缺乏传统的“有线”技术。技术和功能已进化到设

备制造商能够与网络供货商的硬件和软件集成的地步。移动互联网设备将提供移动互联网更小、更

轻和强大的可联网

功能的设备，最终外形尺寸可放入人们的口袋。

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3.3 制程残留物及其对产品可靠性的影响产品的可靠性是表示在一个特定的期间范围内的环境条

件下该设备的功能。更高密度的、更大的、更小的叠层元器件、以及更小的托高高度等正在改变电

路板清洁度的定义。质量保证的传统观点等同于以可见残留和溶剂萃取测量的电阻率来衡量的电路

板可靠性。随着元器件尺寸减少和托高高度的降低，提取和衡量与产品质量相关的残留物的能力被

质疑，所以需要提出其它被认可的测试方法。

由于电路板设计的复杂度增加，可靠性问题面临更大的风险。

显著的行业变化增加了清洗的价值，

包括

：

• 细间距增加了电路的敏感度（少量的污染，可见残留物和气体污染两者能够改变电路的输出）。

• 助焊剂化学成份的变化，降低用于密封和包住制造残留物的高固态松香的含量。当今许多助焊剂的

成分使用更少的阻抗性活化剂。低固态含量助焊剂的成份，通常以弱有机酸配制，留下的化学残留

物与离子电导率/电阻率试验测量并不直接相关。

• 组装板集成使得组件经过多次组装

操作，在清洗前可能将残留物烘烤到表面。例如对组件而言，在

表面贴装技术中对顶部和底部元器件进行再流焊接、波峰焊、选择性焊接、底部填充等应用程序，

返工和局部的毛刷清洗等是常见的，二次加工可能会在精密的和关键的区域内有小面积残留物。

• 残留物风险源自裸板、元器件以及二次制程残留物。

• 气候可靠性问题来自于在恶劣环境中工作而设计的高功率设备。

• 非离子残留物的影响将需要进行评估，且必须建立适当的测试方案。

3.4 免洗与清洗低固含量助焊剂/焊膏（有时称为“免洗”）出现的驱使下，有一个普遍的误解，

即清洗已成为过去的问题。现实情况是清洗的全面性需求并没有减少。清洗需求已经转变或者保持

过去原有的并且加入了已开发的新需要。更具体而言，免清洗过程并非意味着清洗是不必要的，清

洗在免洗制程中扮演着成功实施

的关键作用。低残留（“可接受的污垢”）组件已将清洗从组件阶段

转向裸板制造和元器件制造阶段。今日的电子电路为了满足可靠性要求往往需要清洗。实际上，免

洗方法往往是不可行的选择。

许多用户目前在装运前清洗低残留焊接组件。合同组装业者在执行低残留焊接已发现某些客户要求

清洗组件，不论进行组装操作的助焊剂的种类。虽然某些助焊剂/焊膏制造商声称低残留助焊剂/焊

膏不需要清洗，实际上有组装

厂采用特殊的清洗剂来清洗“免洗材料”，以满足设计和性能要求。

表面贴装（SMT）领域的持续发展带来了额外的清洗需求。电子组件上的空间已变得越来越狭窄，

标准球栅阵列（BGA）下方的清洗并未出现问题，因为它们有相对较高的托高高度。然而，更大的

尺寸、密度和较低的托高高度时，清洗、冲洗或者干燥将成为一个更大的挑战。倒装下方清洗的需

求也迅速崛起，以确保底部填充的附着。同样，对敷形涂覆的

最佳附着和性能而言，清洗依然是一

个重要步骤。

环境和工人安全问题在今日的清洗考虑中占了很大的一部分。制造商和组装业者都必须考虑的因

素，例如HAP（有害空气污染物）和其它有毒气体、PEL（容许曝露限度）和其它工作者的安全要

求、VOC（挥发性有机化合物）、BOD（生物需氧量）、COD（化学需氧量）、废水处理、重金属、闭

口循环和酸碱值。因应联邦和

/或者地方法规的要求，这些因素的一个或者多个可以决定清洗系统的

选择。

敷形涂覆提供一个保护层来掩蔽传导以防止水分子转移到金属表面。

保护涂层有助于防止电化学迁

移，抑制锡晶须生长，防止灰尘、污垢和其它污染物。敷形涂覆之前的组装后清洗可改善润湿和附

着力。当涂层覆盖了来自助焊剂或者保护膜残留的污染和元器件周围的离子污染，会造成附着力不

足和去润湿。

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3.4.1 实施免洗技术涉及的因素当零件更大和间距更宽时趋向采用免清洗。

在90年代初期，大家

都跳上这股浪潮来节省运营和资本成本，以及淘汰已经发现并鉴定为新的、非臭氧消耗的清洗工

艺。今日，免洗可能不再是广为流通的芯片尺寸封装和倒装芯片所选择的工艺；或许免洗制程应该

为低电压、大节距、一次性、消费性产品（1级和2级）保留。对于高可靠性应用（3级）的免洗助焊

剂残留物的清洗，需要满足清洁度和可靠

性需求。

用户必须熟知材料，熟知他们在制造过程中如何变化，以及在终端使用环境中如何影响产品的形

状、组装、功能和可靠性，从这个立场来看，免洗技术并无异于其它制造方法。

电子产品制造商现在采用的组合过程，如“简化清洗”，其中有些助焊剂残留物会存留，通常在手工

焊接连接器时，不允许使用清洗剂。

一个真正的免洗组装，某些情况下，它只是简单的不采用清

洗。在其他情况下，它是谨慎地优化制程来尽量减少残留，并验证在终端使用环境对产品耐用性的

影响。对于高射频应用，免洗制程可能是一个真正的风险来源，因为在此处助焊剂残留会充当介电

材料，并可能改变波形和传播性能。

返工和维修代表一个特定领域，需要一致的培训并满足可接受的工艺标准。行业领导者密集地进行

操作人员培训

，尤其是这些在“简化清洗”或者“真免洗”程序的操作人员。培训模块和工艺标准

都应该强调尽可能减少添加额外的助焊剂。焊接后返工清洗必须依据已定义的工艺来完成。也就是

说，清洗剂及清洗技术必须明确规定和定义；人员必须经过培训和教育后要求以正确、一致的方法

来进行返工。任何助焊剂的使用必须在焊接过程中充分活化，以尽量减少或者消除任何问题。

3.4.2 成本驱使通常

的成本驱使是减少清洗工艺包括原料、设备、人员和培训。假设清洗是一个

“零附加值”的工艺。虽然这种“零附加值”的主张经常被提到，但它完全忽略了任何可能相关的

可靠性和可能的保修维修问题。这些问题包括过度返工、无法返工的产品成本，以及使用中的失

效，包括灾难性的产品失效相关的成本和公司责任。

3.4.3 免洗材料的选择；产品设计任何与组件相关的东西必须被视为综合系统的一部分。因此，

层压板、阻焊膜、图例油墨

、元器件和敷形涂覆构成了系统。既然助焊剂和焊膏残留物不会被去

除，但在组件的设计寿命期间，它们是停留于组件上，残留必须兼容于构成系统的任何材料。这种

兼容性应该有适当的证明，例如利用加速老化后测试。

设计者和组装业者双方从概念原型到给基本客户的最终版本的整个过程都必须牢记这一点。组装业

者也必须充分考虑到在“零件添加”制程、返工、维修或者工程中所加入

的任何材料升级为长寿命

期组件。我们现在有更新的工具（表面绝缘阻抗，集成电路等）能更有效地评估组件“系统”的性

能特点。可能需要额外的分析测试，这取决于终端用户的要求。使用者可以定量比较不同焊接材料

和涂层组合以保证完整组件符合终端使用环境的设计目标。

3.4.4 什么是已知的免洗成本效益和驱使原因?

3.4.4.1 什么是（已知的）免洗的成本效益？

• 节约与清洗设备、材料和工艺步骤相关的成本。

• 省去清洗工

艺步骤和工艺时间来提高工厂生产率。

• 不占用昂贵的制造场地。

• 能够使用更便宜的组件，不会因为不够结实而在清洗工艺中损坏。

3.4.5 什么是免洗的成本驱使原因？

• 资格评定方案用来选择和更好地规范免洗助焊剂和焊膏。

• 资格评定方案用来选择和规范用在返工和维修的助焊剂和焊膏。

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