IPC CH-65B CHINESE.pdf - 第81页
仅仅 只 是 外观 问题或 许 无形 的 但 毁 坏 性 非 常 大的 非离 子 残留物 才 是 真 正 的 灾 难 ， 尤 其在 更高 的 湿 度 环境 时。 对 于 逐 渐 增 加 的清洁 免 洗 残留 的 原因是助焊剂残留 扭 曲 组装表面 拓扑 结 构 ， 尤 其在 频 率 增 加 时， 导致 电气性能的 退 化。 （ 见 Effect of Post - Reflow , o - CleanSolder Paste Resi…
ROM1助焊剂表示松香化学成分、中度活性，并且包含卤素。IH1助焊剂是无机的，高活性，含卤
素（例如氯化锌活性助焊剂）。那么免清洗从何而来呢？
在上世纪80年代晚期，蒙特利尔协议颁布，强制消除消耗臭氧层物质（ODCs）。它是松香基助焊剂
的主要清洁材料。这就戏剧性 地打开了可供选择的助焊剂市场，例如水溶性助焊剂、低残留助焊
剂、合成助焊剂被投放到市场。许多制
造商选择了调查新材料和新制造方法来作为高固体含量松香
助焊剂和ODC清洗可替代的选择。其中的一个途径就是利用低残留助焊剂和不需清洁组装的产品。
这些低残留的助焊剂是为了在焊接工艺之后有稳定和良好的残留而设计的，与先前使用的助焊剂形
成了明显的对照。在这种情况下，制造商选择使用低残留助焊剂在免清洗组装工艺中。助焊剂销售
商开始销售这些低残留“免清洗助焊剂”。
这让我们又回到那个问题，就是为什么电子组装
作业选择清洁低残留（正确术语）或者免清洗（不
正确术语）助焊剂？
免清洗组装作业面临的一个最大的障碍就是裸板的清洁度。当清洗，使用有效的清洗系统，组装后
的残留物不是主要问题了。当组装后清洗工艺被取消后，组装后残留经常会导致电化学失效。例如
树枝状生长、电解腐蚀和潮湿环境下的泄漏电流问题。现在经常有很多裸板已经通过了现有基于电
阻率萃取的清洁度测试规
范，但在OEM生产厂还是会产生很高的失效率。这些失效经常可以被追溯
到非离子水溶性融合和制造工艺过程中的热空气焊接后的液体残留。（见IPC-TM-650测试方法2.3.38
和2.3.39）。这期间离子色谱检测法也在电子组装工业中被采用。
当今，裸板残留和它们在电子组装上的影响已经被很好地理解了，而且也有更好的测量裸板清洁度
的工具，但OEM厂商或许仍然被
要求清洗。当OEM厂商选择实行免清洗组装工艺时，它们没有真正
消除清洗的需求，但已经将清洗的要求转移到上游板子和元器件制造商，但这或许不总是被OEM厂
商或者选定的制造商甚至客户理解。另外，板制造商利润一压再压，板制造商和组装商或许不再有
了解板清洁度方面苛刻参数的技术人员了，或者可以通过减少对板的清洗工艺而得到更低的价格或
者更高
的利润。OEM在采购合同中或许不了解怎样说明或者测量清洁度，因此对于制造和最终组装
的残留物来说，在OEM组装工艺中的清洁或许是安全可行的。
类似推理方法，OEM或许选择去清洗留在元器件
上的残留物。目前，对于元器件的清洁度还没有
相关行业标准。这或许对于为了恢复元器件的可
焊性而再镀锡的过程是很正常的。重新镀锡可能
要求使用更高活
性的助焊剂，又不能在元器件上
有残留。
清洗工艺的第二个好处是，例如去除锡球，允许使
用水溶性 掩蔽剂， 改变 组件上敷形涂覆的表面
能。
助焊剂残留能夹裹阻焊层上的锡球，见图7-4。
OEM厂商或许因为组装上的困难而选择清洗，尤其是在高可靠性和军事领域。国防承包商经常需要
处理合同描述和可能是几十年的旧的描述，这种描述指过时的规
格书或者客户在以前使用高固体含
量松香助焊剂时的“美好时代”的经验。那时，可见的助焊剂残留总是一个潜在的不理想的助焊剂
残留。一个常见的错误概念就是可见的助焊剂一定是污染和不受欢迎的。这种思想意味着对于很多
计划，仅仅只是因为许多军事方面的计划经历过，将其归咎于助焊剂残留或者缺乏清洗而导致的现
场失效的经验。对于OEM选择继续清洗低
残留助焊剂并不少见，因为这要比改变客户的理念容易得
多。没有任何定量的测量技术和适当的通过与否的限定，是很难说服任何人关于可怕的白色残留，
图7-4 覆有⼲膜阻焊剂的印制线路板上的锡球评估
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仅仅只是外观问题或许无形的但毁坏性非常大的非离子残留物才是真正的灾难，尤其在更高的湿度
环境时。
对于逐渐增加的清洁免洗残留的原因是助焊剂残留扭曲组装表面拓扑结构，尤其在频率增加时，导致
电气性能的退化。（见Effect of Post-Reflow, o-CleanSolder Paste Residues on Electrical Performance；
A. Beikmohamadi, 43rd Electronic Components and Technology Conference,June 1-4, 1993.）这种情况下
用不同的频率，在不同级别助焊剂残留的测试电路板上外加方波的失真能被定量测
量。
所有这些因素或许导致为什么OEM可以选择清洗低残留助焊剂最敏感的原因就是，和改变一种文化
相比，改变一种材料或者工艺更容易些。实现一个真正的免洗组装工艺包含很多种变化，每种变化
如果处理不好都会对组装的可靠性带来不利的影响。它涉及对供应商实施控制，新材料和可能的新
设备的选择，对储存和处理实施控制，以及大量的人员再培训。对于一个成功的免洗工艺
，易被忘
记的最重要的因素是采用严格的板子和元器件可焊性标准来对付使用的非常温和的焊接材料。这
样，免清洗的组装者就失去了向更有活性的助焊剂和焊膏步进的工艺灵活性，以补偿最低限度的可
焊性，知道任何残留基本上都能在清洗工艺中完全被去除。 因大量节省成本的观念作祟，导致缩
短清洗流程、减少清洗药剂以及通常员工草率行事，但事实上这些因素都
是重要且有价值的。
IPC J-STD-001明显将材料兼容性测试的负担压在OEM肩上。当选择低残留助焊剂或者焊膏时，OEM
必须选择一种可与选定化学清洗剂清洁的助焊剂/膏。不是所有的低残留助焊剂都能被清洗掉，或者
至少可以清洁充分到可接受的水平。
因此，有许多正当的原因，就是为什么OEM持续使用清洗工艺，即使是使用低残留或者免清洗助焊
剂。
7.4 离⼦残留 原子的原子核被周围的电子包围，核外
电子按照一系列规则排列，或者基于元素的
原子能量级别排列。
10
能级越是接近原子核，位于该能级电子就会越强烈地被原子核吸引，因为两个
带有相反电荷粒子之间的静电引力随着间隔距离的减小而迅速增加。轨道电子按照能级来分类，与
电子与原子核成键强度相关。能级或者壳层从离原子核最近处开始或者用数字1、2、3、4、5、6、7
标识，或者用字母K
、L、M、、O、P、Q来标识。各电子层最多容纳的电子数是2n
2
， n是电子层
数。因此离原子核最近的层，它的n=1可以包含的最大电子数是2（1）
2
或者2个电子；第二个轨
道（n=2）或者8个电子；第三个轨道是2（3）
2
或者是18个电子。
10
因为原子或者分子中的化合价不等于显现出的质子总数。
11
电子带负电荷，质子带正电荷。阴离子带
的电子比质子多，产生负电荷。
12
相反，阳离子是质子比电子多，带正电荷。
13
离子间键合一般被理
解为化学键合，源于相反电荷的离子间的互相吸引。由于同种电荷的离子互相排斥，所以通常它们
不存在自己身上。相反电荷的离子形成晶格，这样相反电荷的离子就可以互相结合在一起。例如钠
（a+）离子吸引氯离子（Cl-）形成了氯化钠化合物
。这种化合物称为离子化合物，也就是说正电
荷和负电荷通过离子键结合在一起。
最常见的离子键合是金属和非金属之间的化合物。
15
金属的特征就是带着剩余电子，它们有一种失去
这些多余的电子形成阳离子以达到稳定的结构的趋势。非金属的特征就是带着少量的电子，缺少稳
表7-2 能量级别和最⼤电⼦数
能量级别或者层
最⼤电⼦数，2n
2
字母标识数字标识
K12
L28
M318
432
O550
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定结构形成一个阴离子。当一个高正性金属与一
个高负性非金属结合，多余的电子就从金属原子
转移到非金属原子。这个反应产生的金属阳离子
和非金属阴离子之间相互吸引形成盐。
在钠的原子构成中有一价电子。
13
有一个电子在它
的外层能级处，钠失去一个电子留下钠离子，其
质子比电子多，结果钠带一个正电荷。（图7-5）
阴离子是原子或者原子团获得电子，由于带负电
的电子比带正电的质子多，所以它们带负电。卤
素（氯、溴、氟、碘）由于它们外核有7个电子所
以更容易形成最常见的离子。既然8个电子是更稳
定的价构，所
以卤素会获得额外的电子，其电子
比质子多一个所以形成一个带负电的电荷。
钠离子带一个多余的质子，氯离子带一个多余的
电子，在静电引力作用下形成氯化钠化合物（图
7-6）。离子残留是基于离子偶极引力和水以及离
子化合物的内部离子键合力而形成的。
14
一个离子
化合物形成一个键，水和离子化合物间的偶极力
必须大于离子内部键合。当离子化合物被潮气包
围时，水的双极子包围着离子晶体结构群。水的
偶极子负极吸引着离子的正极并且水的偶极子正
级吸引着离子的负极。如果这个引力强于内部离
子键合，则晶体内部离子键就会被破坏，然后和
水分子形成
水的化合物。
当内部离子键合与单层水化合后离子残留就会造成可靠性风险。一个经典的离子残留案例，如氯化
钠，水合物和溶解离子。在这个例子中，钠离子的正电荷吸引着水分子偶极的负电荷（OH-）。氯离
子中的负电荷吸引着水分子偶极的正电荷(H+)。每个离子被水分子以一个核形式包围。这个核将离
子彼
此隔开，使相反电荷的离子分开。
这些被水包围的离子分散在组装后的电路导线之间。当电路板通电后，这些金属以一种丝状像树枝
一样繁殖生长。电压偏离越强，丝状生长繁殖越快，随着时间推移，丝状生长就会桥接在导线上导
致电气短路。
7.4.1 电化学迁移（ECM） 若干因素会影响ECM，包括温度、相对湿度、导线材料电压偏离
、导线
间距、污染类型、污染数量。
3
离子污染对腐蚀有重要影响。
2
有很多工艺条件可能在元器件表面或者下面的缝隙中留下组装后残留
物。多种污染源一般发生在元器件入库、焊接过程、焊锡助焊剂残留、清洗过程、敷形涂覆、操作
和包装。电化学迁移的敏感性、树枝状结晶形态和枝晶电阻是离子污染和偏压的函数。氯化物或者
其它离子水平增加会加速迁移过程。在高离子污染水平时，经历失效的可能性会增加。
2
ECM发生在三个阶段：路径的形成、初始化、树枝状生长。
3
ECM的产生需要电解质、电压偏离和金
属迁移同时存在。
4
通过导线上金属的溶解，金属离子通过电解液进行传输，金属沉积在一个相反偏
压的导体上发生初始化。电解液由被溶解的离子、溶剂（代表性溶剂为水）组成。因为电解液溶解污
染物和传输离子至少需要吸收三分子层水。
5
吸收二十分子层水能使电解液足够深去溶解和移动PCB
表面上的离子。
6
在板子上金属间的电压偏置作为金属丝迁移的驱动力。
4
䫐ᆀ
䫐ᆀ
图7-5 钠原⼦和离⼦
≟ᆀ
≟ᆀ
图7-6 氯原⼦和离⼦
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