IPC CH-65B CHINESE.pdf - 第96页
解 。 结 果是 缺 少 助焊剂 当 作保护膜 的 功 能， 另外 一个 结 果是 当 助焊剂 润湿 孔 壁 或者 通 孔 时 缺 少 液态 焊 料上的 绝缘 膜功 能。第二 种结 果 与通 过 波 峰时，印制电路组装 底层 和上 层 无铅焊接 温 度 较 大的 改 变 有关， 结 果导致 在 液态焊 料能 沿孔 壁 上 升 并 润湿 焊 盘 的上表面前 使助焊剂过 早 凝 固 。 在 波 峰 焊操作 中， 活 性 物质体系 必须 要提…
助焊剂可能会导致电性能问题。因此，控制所用助焊剂的量就很重要。通常，单板的清洁度由清洗
材料和清洗过程的有效性所控制；这里，这种控制在助焊剂的使用阶段是直接的，因为没有焊后清
洗的过程。许多不同的应用技术都已经是可商用化的，每种技术都会有它自己的优点和缺点清单。
8.4.5 ⽆铅和⼩型化对组装残留物的影响 无铅合金和各种不同助焊剂的化学特性的兼容性被认为
是很重要的，并且
由处理能力中的特性所决定，包括储存时间和黏附时间，焊接能力，包括锡珠、
润湿性能和焊接接合处的外观。
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总的来说，锡银铜无铅合金显示出较差的润湿性能。为了获得与锡
铅共晶合金润湿性能相当的效果，需要更为活泼的助焊剂化学特性。
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可焊性是焊接接合处被熔融焊料润湿程度的一种度量方式，并且在所有的焊接过程中也是一个需要
继续考虑的方面，尤其是整个制造业向无铅转换的时候。
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助焊剂必须要去除PCB和元器件表面的氧
化物，助焊剂是必要的，促进形成合适的合金形态，并且充当一种热的转换媒质，确保合适的焊接
温度。焊料表面越清洁，需要用越少的活性物质去焊接元器件。
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Lee
4
列举了无铅免清洗助焊剂成分满足需要的特性：
•降低的挥发性。
• 无卤。
•更强的助焊能力。
•更高的残留物电阻率。
•更强的抗氧化和抗碳化能力。
•更高效的氧化阻挡层。
•更低的活化温度。
• 焊料开始熔化时更慢的润湿速率。
•更少的溅射。
•更好的探针穿透能力。
• 焊料冷却时的诱导成核能力。
•更好的抗坍塌性能
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。
对一个免清洗过程，对残留物的目的就是形成一个硬的阻挡层，能够将电路密封，与暴露的离子型
污染物隔离开。对高可靠性产品的供应商来说，很多都选择清洗免清洗助焊剂残留物。清洗剂有一
个直接的优点，大部分的免清洗助焊剂成分都是能被清洗干净的。
为无铅设计的助焊剂成分由多种聚合物类型和性能改变的添加剂组成。
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添加剂影响系统的流动性、
溶剂的滞留性能、长期和短期介电性能、热行为和清洗性能。维持所有需要的产品属性，以及使最
上层焊接性能最大化的关键在于透彻地理解这些聚合物和特定的改性添加剂的性能之间的相互作
用。
共晶锡铅合金的助焊剂组成的技术已经被很好的理解和掌握。
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对无铅锡银铜合金需要更高的焊接温
度，有机溶剂必须具有热稳定性以减少用于焊接元器件活性物质的等级。一个关键的问题是缺乏热
稳定性，因此就需要更具活性的助焊剂组成。因此，在共晶锡铅焊接过程中，助焊剂残留物要足够
良性的，并且在优化的免清洗组装过程中使用，而在更高的无铅温度下，并不一定恰好无害，转为
需要清洗就很有必要，或者在最低限度地
，在更高的再流条件下，使一种不同助焊剂化学特性的技
术指标最优化。
随着焊接温度的升高，助焊剂材料经历物理和化学特性的变化，比如易挥发组成成分的挥发、表面
能和熔融黏度的变化。
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在早期，焊料助焊剂的作用通过焊料波峰的擦洗作用取代，最后将材料热分
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解。结果是缺少助焊剂当作保护膜的功能，另外一个结果是当助焊剂润湿孔壁或者通孔时缺少液态
焊料上的绝缘膜功能。第二种结果与通过波峰时，印制电路组装底层和上层无铅焊接温度较大的改
变有关，结果导致在液态焊料能沿孔壁上升并润湿焊盘的上表面前使助焊剂过早凝固。
在波峰焊操作中，活性物质体系必须要提供当单板在焊料波峰中时，熔融焊料能顺利且稳定从非金
属中分离出来的能力。
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因此，当助焊剂与焊料波峰接触过程中，焊料助焊剂必须要同时展现去污能
力及高度受控的表面能。它必须要快速在表面扩散，替代污染物，构建一个均一的单分子膜，对焊
料波峰来说，代表合适的表面能曲线。这通过使用具有表面活性物质的助焊剂组成来实现，表面活
性物质的特性在焊料助焊剂的酸性环境中已经最优化。
单分子助焊剂膜要保持稳定，在其通过焊料波峰时的
高温过程中，它必须要以一种稳定的结构润湿
和吸附在表面。
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几种表面活性剂的结合要求控制表面张力和固液界面的界面张力。助焊剂的化学特
性必须改善非金属表面的润湿性能，降低表面张力，进入助焊膜的表面。那样的系统在喷淋时需要
控制助焊剂液滴的尺寸，助焊剂的受控分配，通孔和金属化孔里足够的毛细作用的活性是很关键
的。这种系统将会形成更多的残留物、泡沫、变小的表面绝缘电阻值，需要进行清洗。
8.4.5.1 ⽆铅清洗关联 向无铅制程的改变
要求更为严格的过程控制。更多的I/O数目，渐进的小型
化，更高的可靠性性能和其它一些需求正受到电路板清洁度效果的妨碍。与无铅组装清洗相关联的
需要考虑减轻杂散泄漏和电化学迁移的可靠性风险。
污染物能严重地减小引线和线路抗短路的能力。组装前后的离子及非离子型污染物被认为对电子产
品制造过程中是有害的残留物。局部的污染物也许不会提高整个组装的污染物等级
，但是可能会有
局部的不利影响。
无铅制程的温度，典型的会比共晶锡铅合金高30-40° C，在电子组装过程中，会对材料的结构（例如
层压板和阻焊膜）也会有影响。如果没有选择合适的材料，更高的再流温度会降低层压板/阻焊膜的
性能，使得它们有更差的耐化学性，因此可能会受到严酷清洗过程的不利影响。对元器件来说也一
样。一些最新的元器件用较为便宜的热塑
性材料制成，可能会无法经受得住高的再流温度。
8.4.5.2 清洗⽆铅助焊剂残留物 无铅、免清洗助焊剂由更高分子量助焊剂载体组成，它能改善焊接
过程中的热稳定性和隔氧层。来源于这些更高分子量助焊剂组成的助焊剂残留物，不同供应商的产
品之间有较大程度的差异，形成硬的树脂阻挡层，极大增加了清洗的难度。
为了去除这些在元器件表面和底部硬化的无铅助焊剂残留物，需要更好
溶解能力的清洗剂、更多的
洗涤时间、洗涤温度、洗涤浓度和冲击能量。许多组装因素影响无铅助焊剂残留物的清洗性能。浸
润和液相线区间的热量和时间必须要根据有关元器件的质量、相邻元器件的接近性、焊盘的尺寸和
沿单板传导的热量进 行调 整。焊接过程影响助焊剂组成的热暴露强度，它会影响焊后残留物的硬
度。
更高分子量的残留物和残留物在焊接过程中遇到的瞬
态加热需要增加清洗剂的溶解能力和机械力使
得助焊剂残留物能溶解在清洗剂中。这些引力取决于清洗剂和助焊剂残留物的性质。渗入低间隙需
要一种匹配助焊剂残留物的清洗剂，能把清洗剂喷击到残留物的冲击力、洗涤温度和洗涤时间。
8.4.5.3 助焊剂残留物的量和位置 除了残留物类型，残留物的量和残留物的位置很重要。对需要再
流焊接的表面组装，残留物将会集中到焊点接合部周围或者在元器件下面。元器件和印制线路板之
间的间隙通常都很小，清洗会很困难。对波峰焊组装，更多的助焊剂残留物将会分布在组件的整个
表面，并且液态助焊剂将会流进元器件下面狭小的空间里，或者元器件的本体里面。液态助焊剂也
能流过通孔和大型元器件的下面，液态助焊剂将被夹裹在里面。用户应该要注意，助焊剂残留物由
反应的助焊剂、不反应的助焊剂和凝结的助焊剂蒸汽构成。
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还有应该要注意的是，当液态助焊剂组分挥发时，它们不仅仅是消失，它们会挥发到某处。这可能
意味着它们会在表面（更冷）附近，或者再流设备气体进出口里重新凝结。随着时间的推移，这些
残留物会并且确实逐渐增多，所以应该有一个合适的预防性的维护清洗步骤来指引设备排气路径的
保养。
8.4.6 焊膏 根据J-STD-
005标准，焊膏是焊料颗粒、助焊剂和溶剂的混合物。焊料颗粒通常是球形
的，直径尺寸范围变化达150μm。涉及到的污染物，通常是焊料颗粒表面的氧化物或者碳酸盐。焊膏
的金属含量质量比在85%~95%（体积比35%~50%）。助焊剂建立在随着不同程度的活化作用而采用不同
技术的基础上，这些活性物质类似那些平常用在松
香助焊剂中的活性物质一样是无害的。从其使用
方面来说，溶剂的功能是提供混合物合适的流变性能。溶剂的组成成分是保密的，但是通常包括醇
类（尤其是聚乙二醇、衍生酯类和醚类物质）和添加剂。如果不去除，残留物在湿度条件下，有可
能会减少表面绝缘阻抗。尤其，聚乙二醇、酯类和醚类很难通过溶剂去除。当加
热到焊接温度之
后，添加剂也有可能会产生相关的不溶残留物。
8.4.7 ⽆机酸助焊剂 无机酸助焊剂是由有机酸和高度离子化的无机酸盐组成。这些助焊剂通常都
包括如盐酸、氯化锌和氯化铵的物质。它们的残留物如果留在单板上将会极具腐蚀性，尤其是在潮
湿的环境下。在水基清洗过程中，锌盐在完全去除残留物方面会带来特别的困难，因为它们很容易
形成不溶于水的氯氧化锌。随后，这些物质在潮湿条件下的反应会重新生成酸性盐，导致严重的腐
蚀及电流泄漏问题。
8.4.8 焊料 其它类型的残留物来源于焊料本身，而不是焊接或者清洗过程中使用的化学物质。最
主要的残留物是焊料焊渣、锡球和焊料油。加之来自波峰焊链条中的油脂和油，都是污染物的来
源。
8.4.8.1 锡渣 焊渣偶尔能在一块使用不充足
助焊剂固体物质的单板上，在其接触热的焊料之前可以
看到。这种缺乏助焊剂的表面可能会掠过表面的焊渣，因为当它经过焊料时，没有足够助焊剂活性
将它分解。沉积的氧化物看起来像一块棕黑色的污垢或者带状物，它会引起导体间的电气短路。
8.4.8.2 锡珠 微小的，通常能在显微镜下观察到，且具有金属光泽的锡球可以留在电路板的绝缘表
面上。锡球的类型
和起因通常与焊膏的质量、模板印刷以及再流工艺有关系。随着元器件尺寸的减
少，需要更高的精确度和模板孔径的释放率。纳米涂覆的模板代表一种新出现的技术，可改善转移
效率。
因为阻焊膜表面张力和阻焊膜表面的粗糙度原因，锡球能沉积在某些阻焊膜材料以及阻焊膜和焊盘
位置的过渡区域上，或者在元器件下面。锡球能在单板上看到，在波峰焊中与熔融的
焊料（底面）
接触。应该对锡球影响密封性和增加元器件辐射穿透能力对环境的预估作用进行评估。如果延伸的
电气性能不需要或者没有受到损害，那么金属化表面的锡球也许是可以接收的。那些被裹挟、包封
或者连接（例如裹挟在免洗残留物内、包封在敷形涂覆层下，焊接于金属表面、埋入阻焊膜或者元
器件下）的锡球是可以接收的。
8.4.8.2.1 溅射
在一些实例中，锡球 能在层压板焊接面（单板最上层）的另外一面的表面中被发
现。这发生在有通孔的单板中。如果助焊剂在焊接过程预热阶段使用时未充分变干或者单板包含很
多被夹裹在层压板中的水分，并且在焊接之前没有经过充分的烘烤，那么当与热的焊料槽接触时，
残留的溶剂和水蒸气就会导致溅射。这种溅射，实际上，由于溶剂或者湿气蒸汽急速的扩散会
引起
微爆炸。这会导致焊料向上浸透单板里的透孔，从单板的最上层喷出微小的锡球。如果助焊剂中有
微量水分存在的话会更严重，单板在接触焊料之前的预热过程中，水分没有被完全地蒸发出去。
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