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度 、 改进 粘 合、 防 潮 性、 潮 湿 环境 兼容性、 韧 性和 CTE 的 问题 。工 艺 中用到的 间接物 料 如 临 时 胶 粘 剂 ， 助焊剂 ，清洗材料和涂覆 剂正变 得复杂。 调 节 这些 物 料的化学性 质 在 消除这些 物 料在 直 接物 料 中的有 害 的相 互 作 用 或者 加 工 后 的 残留物变 得关 键 。 5.5.2 元器 件密 度 密集分 布 和 低托高高 度 的组件可能 更 需 要一个 严格 的清洗…
5.4.3 板和元器件表⾯处理 普通的无铅PCB表面处理包括化学镍/浸金（EIG）、浸锡（ImSn）、
浸银（ImAg）和有机可焊性保护层（OSP）。这些表面处理很容易受腐蚀和储存期问题影响。相反，
HASL（热风整平）表面处理有很厚的保护性金属，因而能很好防腐蚀，大约50微米的低活性锡铅层
将铜电路系统和外界环境效应（包括清洗工艺）分开。替代的
共面的表面处理用一层薄的保护层使
金属免受腐蚀影响。用在铜和银表面镀层上的有机保护层会在焊接、回流和清洗工艺中去除。
5.4.4 组装材料 锡、银、铜合金是替代锡铅合金的首选。无铅材料必须能够经受多次260° C
[500° F]回流而不影响可靠性。极端温度能破坏化学键并使材料变脆弱。多次回流可能产生一个涉及
到焊料暴露于清洗工艺中的材料兼容性问题。
更高温助焊剂树脂和活化剂可能需要更强的清洗剂和
更高冲击能量来清洗。
当基材暴露于更高的温度中，玻璃化温度（T
g
）、热膨胀系数（CTE）和分解温度是需要考虑的数
据。树脂的玻璃化温度是材料从刚性状态转到柔性状态时的温度。CTE测量材料在玻璃化温度上下
的膨胀。过度加热基材和元器件会引起一些材料成分分解。这些影响在这些部件送到清洗工序后经
常变得明显。
很多因素影响焊膏的选择，包括可印刷性、模板寿命、管脚可测试性、粘
性、回流窗口、焊点外观
和清洗。组装者必须确定哪些因素是最重要的且需相应地优先选择。长时间地加热造成最坏的助焊
剂残留情况。一个组件应该在预期的快速升温，采用更短的液相以上时间和更低的峰值温度测试。
对于焊前锡膏（模板和错 印清洗）和组装后清洗，焊膏和助焊剂化学性质变更可能需要变更清洗
剂。错印清洗的进一步考虑是双面SMT板的第二面错印。这种情况下，找
出错印清洗剂和回流助焊
剂残留和板的表面处理的相互作用非常重要。
随着产业向无铅过渡，物料供应商和客户之间需要沟通和合作，为物料影响制定计划以支持组件对高
温的要求。组装者将需要了解回流工艺和温度曲线-峰值温度，升温速度对可靠性和清洗的影响。如
果组件用于组装有特殊性能要求的更高等级的组件或者产品时，组件供应商和客户之间需要沟通。
5.4.5 组装设备 组装向无铅过
渡将要求设备升级以支持工艺。清洗设备可能要求考虑更长洗涤部
分和机械冲击事项。产品硬件可能受到更强的化学和机械效应，可能包括高碱性和腐蚀性材料。必
须考虑清洗剂和清洗设备的组合对产品的影响。工艺优化在清洗设计中起到非常重要的作用。每一
种清洗对材料的选择将是重要的考虑。
辅助设备例如波峰焊载具应该是物料考虑的一部分。波峰焊载板器随着更缓慢的传送带速度和更长
的锡波
接触时间暴露在更长时间的热循环中。因此可能更需要经常清洗。
焊膏的可印刷性主要取决于助焊剂类型。由于关注无铅印刷的精度增加了模板的清洁度。无铅合金
不像有铅合金一样扩散或者润湿。没有精确印刷到印制电路板上无铅焊膏不像锡铅焊膏那样自动对
中，并且如果印刷时连锡回流焊接后也可能连锡。
5.5 设计问题和兼容性 下面的小章节讨论元器件和组件小型化的含义及密度增
加的影响。
5.5.1 ⼩型化的影响 下一代封装在任何时候都要符合基于数码技术的产品的新兴需求。组装者越
来越关注小系统本身周围的热量管理和稳定性。硅片制造，第一道封装和电子系统使用的物料之间
的兼容性变得越来越有挑战性。
物料面临的挑战存在于开发新物料和在新应用中使用当前的物料。封装正朝着不同种类芯片集成到
一个元器件中革新。在新组合中使用当前的物料挑战物
料兼容性极限引起设计和加工考虑。这可能
要求设计、工艺和材料学更全面发展。
晶元级的电源控制正在大幅改进。当将多个器件封装到一个移动应用中，移动和内存封装缩小使单
个封装体内散热更困难。当塑封胶和芯片粘接剂及胶片用于堆叠芯片封装时，要解决类似关于低粘
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度、改进粘合、防潮性、潮湿环境兼容性、韧性和CTE的问题。工艺中用到的间接物料如临时胶粘
剂，助焊剂，清洗材料和涂覆剂正变得复杂。调节这些物料的化学性质在消除这些物料在直接物料
中的有害的相互作用或者加工后的残留物变得关键。
5.5.2 元器件密度 密集分布和 低托高高度的组件可能更需要一个严格的清洗工艺，包括延长时
间、更高的温度、更强的清洗力度和更有活性的化学品。助焊剂残留物甚
至一些清洗剂残物遗留在
元器件下是很有可能的，这将导致腐蚀或者电化学迁移。应该考虑对表面质量和元器件完整性的影
响。
5.5.3 特殊的兼容性实例 许多不同的物料和子组件，例如配套的元器件、标签、部件标识、涂覆
层、胶粘材料和焊料掩膜与焊接后清洗工艺有关。找出工艺化学品和元器件表面处理的每一种可能
组合的数据非常难。下面的章节列举一些兼容性问题的实例。这些实例突出在生产开始前
测试硬件
与清洗剂和工艺的适合性的重要性。
5.5.3.1 阳极铝和转化膜 第一个实例包含在清洗工艺，特别是3级别组件，制造中遇到的关于阳极
铝和化学转化膜问题的深入的讨论。本例中也描述了阻焊膜、粘合剂、油墨和涂覆剂，以帮助读者
防止清洗剂/电子组件物料问题发生在他们的生产设备里。
应用于散热片和3级电路组件上的一些元器件的铝阳极处理用于防腐蚀、抗磨损、电绝缘、
粘接和增
加美观。
8
阳极化是用电化学工艺产生一个坚固、透明的表面将铝保护于大气之外。
9
5.5.3.2 MIL-A-8625F 铝及铝合金的阳极涂层
1.1 范围： 这份规范涵盖为非建筑应用在铝和铝合金表面电解形成六种类型和两种级别的
阳极涂层的要求。
1.2 类型： 本规范列出了六种类型：
类型I： 铬酸阳极氧化，产生于铬酸槽的常规涂层（见3.4.1）
类型IB： 铬酸阳极氧化，低电压工艺，22±2V（见3.4.1）
类型IC： 非铬酸阳极氧化，作为非
铬酸盐代替类型I和IB涂层（见3.4.1和6.1.2）
类型II： 硫酸阳极氧化，产生于硫酸槽的常规涂层（见3.4.2）
类型IIB： 稀硫酸阳极氧化，作为非铬酸盐代替类型I和IB涂层（见3.4.2和6.1.2）
类型III： 硬质阳极涂层（见MIL-A-8625F 3.4.3）
这份标准 （MIL-A-8625F）中应⽤于电⼦组件的重要要求有：
3.3.1.2 组件阳极氧化处理： 使用的加工方法不应当
损坏组件。
3.3.4 修改（机械损伤和接触标记）： 机械损伤区域（来自清洗工艺）不应当超过受过阳极
化处理区域的5%或者不应当允许修改。
3.4.3 类型III涂层（⼀般应⽤于电⼦硬件）： 类型III涂层应当由任何工艺操作用于在铝合金
表面产生一个规定厚度的致密涂层（见3.7.2.1）。
3.8.2 类型III：应当浸入一个介质实现类型III涂
层的密封，例如沸腾的DI水，在热的含5%
重铬酸钠溶液中，或者其它合适的化学溶液。
4.3.4 失效： 不符合应当立即停止生产。
6.11 双重密封： 在采用乙酸镍密封时或者过后用重铬酸钠溶液进行处理，可加强抗腐蚀性。
6.15 密封： 热DI水密封是有益的。
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5.5.3.3 MIL-DTL-5541E 铝和铝合⾦上的化学转化膜
1.1 范围： 这份规范涵盖化学转化材料和铝及铝合金表面反应形成两种化学转化镀层的要
求。这份规范旨在提供防腐蚀性最好的元器件给军事武器系统。这种镀层比未镀的铝表面
有更好的涂料粘性。
这份标准中应⽤于电⼦组件的重要要求有：
1.2 3级： 根据MIL-A-8625中的阳极氧化层，相对于1A级 涂层，3级
化学转化涂层旨在提供一
个应用于电气和电子的较低电阻的防腐蚀膜。1A级和3级涂层的主要区别是厚度，因为电流
更容易通过较薄的电流障碍。涂层厚度依沉浸时间改变。因为3级比较薄，其涂层比1A级更
容易腐蚀。
1.3 清洗剂： 首选非腐蚀清洗剂，特别是用于锻制合金。如果用了腐蚀清洗剂，应该小心
防止点状腐蚀和晶间腐蚀。
当使用碱性蚀刻剂时需要尤其注意，因为铝比它的合金元素和既
有的金属间化合物更容易溶解，例 如铜 ，可能进一步暴露。结果是，应该避免碱性蚀刻
（特别是清洗组合结构物时）。如果用了碱性蚀刻，接下来应该有一个酸中和步骤。
1.4 外观： 评估转化膜最简单的方法是观察颜色、外观的均匀性、光滑度
和与基材的粘附
情况。注：对于类型I（含六价铬）膜，Cr
+6
能从膜中浸析出来但是掉色未必是问题关键或者
失效的原因。
1.5 温度对腐蚀防护的影响： 如暴露在140° F[60° C]或者更高的温度中，未作涂覆的转化
膜在干燥、随后的制造或者保养期间将开始失去耐蚀性。随着温度和暴露时间增加，未作涂
覆的转化膜的部件的防腐蚀性降低，其原因是膜脱水造成铬酸盐不能溶解在膜里。
5.5.3.4 阳极氧化结构 阳极氧化层
（铝氧化物代表性的是Al
2
O
3
） 由六边形的微孔结构组成而且每
个单元都有一个气孔。涂层的密度是在一个给定区域内单元和气孔的大小和数量。这通常可以通过
在击穿前使用涂层重量和Taber磨损试验机上的周期数间接测量。孔径大小和微孔结构由电场效应决
定。孔径大小取决于阳极电压和电解液pH值。单元的数量取决于电流密度，增长率也是如此。
硬膜阳极氧化允许在部件不
燃烧的情况下应用更
高的电流密度（增加生长速度/单元密度）并减缓
分解速度，因此允许更厚和更致密的涂层。阳极
氧化添加剂起降低分解速度和同时允许更高电流
密度的作用，因此也会生成致密、厚涂层。添加
剂通过影响部件表面阳极氧化电解液的pH值和导
电性作用。
5.5.3.5 受过阳极化处理后表⾯腐蚀的根本原因
受过阳极氧化
处理后表面腐蚀的通常模式是基于
清洗剂和两性的可溶于酸溶液和碱溶液的铝氧化
物/氢氧化物之间的化学反应。不同的抑制剂一般
和碱性产品一起使用。pH值为中性的产品也没有
阳极氧化材料腐蚀的问题。
5.5.3.6 涂覆过程中不恰当的密封 未完全用热的
重铬酸钠、乙酸镍和热DI水密封的阳极氧化膜层
将褪色和/或者在清洗工艺时脱落。图
5-1说明了
一 块 板 完 全 用 热DI水密封 一面而另一面没有密
封。这块板暴露于水基喷淋清洗工艺中。
ᇶሱ
ᵚᇶሱ
图5-1 去离⼦⽔密封与未密封的⽐较
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