無鉛錫膏對(duì)清洗工藝的影響
多年以來，ZESTRON持續(xù)跟蹤向無鉛焊錫工藝轉(zhuǎn)換的步伐，為確保高度的工藝可靠性，進(jìn)而在技術(shù)中心進(jìn)行了多項(xiàng)深入測(cè)試，以評(píng)估典型無鉛錫膏對(duì)于清洗工藝的影響。
為了更新已經(jīng)完成的研究并評(píng)估最新的結(jié)果，一項(xiàng)研究已在2004年完成，它將范圍擴(kuò)展到超過30種著名廠商的不同無鉛錫膏。這些測(cè)試包含了現(xiàn)有的無鉛錫膏，主要是免洗配方。
研究的目的用以回答兩個(gè)關(guān)鍵問題：1.使用無鉛錫膏對(duì)現(xiàn)有的清洗工藝帶來什么樣的影響？2. 向無鉛錫膏工藝轉(zhuǎn)換會(huì)提高清洗的重要性嗎？
采用無鉛錫膏對(duì)清洗的影響
由于在不同工藝條件下使用無鉛錫膏的要求（見表1），對(duì)于清洗工藝影響的問題正在更多地被涉及。
鑒于以往的研究，大多數(shù)替代錫膏的峰值溫度要比錫鉛錫膏高出34 ℃左右，可能造成更多的氧化和助焊劑的聚合反應(yīng)，這些反應(yīng)使得助焊劑殘留物在焊接過程中更多地被“烘焙”，使其更難被清洗。
較高沸點(diǎn)的溶劑、增量的松香成分（固含量）和特別是抑制在高溫下焊料氧化的更強(qiáng)的活化成分都會(huì)造成助焊劑殘留物增多并對(duì)清洗工藝提出更高的要求。
ZESTRON在去年對(duì)現(xiàn)有的無鉛錫膏，主要是免洗配方進(jìn)行了新一輪測(cè)試，以對(duì)錫膏的最新發(fā)展對(duì)于清洗的影響作出精準(zhǔn)的定義。
清洗劑
清洗在電子工業(yè)中的應(yīng)用依據(jù)需要清洗的殘留物有所不同（見圖1a/1b）。通常中性pH值的清洗劑用于清洗網(wǎng)板和誤印電路板上的錫膏；對(duì)于焊后助焊劑殘留物則使用堿性清洗劑。這樣有三種基本的清洗劑：溶劑型清洗劑、水基不含表面活性劑的MPCㄇ清洗劑，和水性堿基表面活化清洗劑（仍然在用于網(wǎng)板清洗）。
錫膏清洗
在轉(zhuǎn)向使用無鉛錫膏后，鑒于上文提到的工藝變化，清洗焊后組裝件的助焊劑殘留物將會(huì)產(chǎn)生一些問題。由于助焊劑的變化，尤其是溶劑中的新成分比如樹脂和觸變劑對(duì)于清洗回流前的錫膏也可能有一定的影響。
在這項(xiàng)研究中使用的無鉛錫膏，也用來測(cè)試從網(wǎng)板和誤印線路板上進(jìn)行清洗的難易程度。
網(wǎng)板清洗
在ZESTRON進(jìn)行的一系列測(cè)試中，使用不同的無鉛錫膏涂敷在網(wǎng)板上并且經(jīng)過一個(gè)小時(shí)的干燥，然后在一臺(tái)網(wǎng)板清洗設(shè)備中清洗，在室溫下，1.5bar壓力，分別從2至6分鐘進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試中使用了標(biāo)準(zhǔn)樣品。
清洗后的網(wǎng)板在10倍放大的顯微鏡下目檢以觀察錫膏殘留物，并且用擦拭的方式來檢查錫膏殘留物。結(jié)果是在測(cè)試中采用的無鉛錫膏均被各種清洗劑輕易去除，不同的是在各種清洗應(yīng)用測(cè)試中使用的清洗時(shí)間不同（如表2所示）。
誤印電路板清洗
除了從網(wǎng)板上清洗錫膏外，在相似的條件下也進(jìn)行了誤印電路板的清洗測(cè)試。需要指出的是，在清洗誤印電路板時(shí)必須額外考慮一個(gè)因素，即無鉛焊接工藝推行的同時(shí)，焊盤的無鉛化，尤其對(duì)于大規(guī)模生產(chǎn)來說，轉(zhuǎn)向了OSP裸銅的方向。OSP相對(duì)于此前的焊盤金屬，比如傳統(tǒng)的熱風(fēng)整平對(duì)于清洗工藝更為敏感。因此，為保證可靠的焊接工藝需要特別的清洗參數(shù)。
為滿足這些新的需求，從而向業(yè)界提供適合的清洗工藝解決方案，ZESTRON與領(lǐng)先的OSP供應(yīng)商攜手進(jìn)行了相容性和焊接性研究?；谝幌盗械纳钊胙芯浚琙ESTRON已經(jīng)能夠?yàn)镺SP鍍層的電路板提供清洗工藝。
助焊劑殘留物清洗
從經(jīng)過焊接的元器件上清洗助焊劑殘留物比清洗網(wǎng)板和誤印板上的錫膏要求更高。在與慕尼黑技術(shù)大學(xué)進(jìn)行的合作中，將無鉛錫膏（主要是免洗型）涂敷在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試基板上，然后在其各自特定的回流溫度曲線下進(jìn)行焊接。
三組不同的焊后基板分別在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備中采用三種清洗劑類型中的一種進(jìn)行處理：清洗在50℃下進(jìn)行，隨后的漂洗采用去離子純水。
在清洗后，測(cè)試基板在40倍放大的顯微鏡下目檢；接下來，每塊基板采用離子污染檢測(cè)儀測(cè)試。為了發(fā)現(xiàn)未被離子污染檢測(cè)出的活化殘留物，采用ZESTRON助焊劑測(cè)試液對(duì)每快測(cè)試基板進(jìn)行定性分析。這項(xiàng)簡(jiǎn)單的測(cè)試步驟檢測(cè)助焊劑中的羧基酸活化劑和出現(xiàn)的位置以及污染物的分布。
殘留物目檢和離子污染測(cè)試均顯示三種清洗劑類型都有很好的結(jié)果。在占測(cè)試基板總數(shù)約5%的極少的個(gè)案中，檢測(cè)到有輕微的殘留物；但均在微調(diào)工藝參數(shù)，比如清洗時(shí)間、溫度和清洗方式后完全去除。
小結(jié)
通過測(cè)試可以得出一些重要且基本的結(jié)論：
清洗網(wǎng)板和誤印板上無鉛錫膏的結(jié)果與那些有鉛錫膏的清洗有可比性。經(jīng)驗(yàn)顯示在這個(gè)領(lǐng)域沒有過渡期的問題。
在焊接板上去除助焊劑殘留物同樣得到非常好的結(jié)果，95%經(jīng)檢測(cè)的測(cè)試基板顯示殘留物在上文所述的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用中被完全去除。在其余的基板上的部分殘留物在調(diào)整原有的清洗參數(shù)設(shè)定后也被完全去除。
由于通常已有的清洗應(yīng)用具備足夠大的工藝窗口，應(yīng)當(dāng)能夠?qū)⒅竸埩粑锖?jiǎn)單輕易的去除并且在不進(jìn)行額外投資的情況下通過對(duì)現(xiàn)有清洗應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化達(dá)成。
有鑒于此，在日益迫近的向無鉛化轉(zhuǎn)換的進(jìn)程中，和其它工藝步驟不同的是，運(yùn)用現(xiàn)代清洗劑的清洗應(yīng)用不會(huì)遭遇嚴(yán)重的困難。
未來前景
轉(zhuǎn)換為無鉛錫膏而通常含有銀的錫膏將導(dǎo)致清洗要求增加。早在20世紀(jì)50年代，已有文獻(xiàn)證實(shí)焊點(diǎn)的電化遷移導(dǎo)致電子電路失效。由于較低的銀含量，電化導(dǎo)致的樹狀結(jié)晶非常不穩(wěn)定（見圖2），所以最終的表面電阻值要求在測(cè)試中可能達(dá)到，但在測(cè)試時(shí)可能發(fā)生暫時(shí)的失效（見圖3）。
對(duì)于銀的氫氧化物和硫化物的形成導(dǎo)致的電化遷移，銀有著高度的相關(guān)性。高回流溫度所需要的大量活化劑具備高度吸濕性。如果它們未被去除或未被徹底去除，它們能夠?qū)е陆M裝件的濕膜形成并進(jìn)而引起電化遷移和樹狀結(jié)晶的產(chǎn)生。由于無鉛錫膏中的高活性劑含量很難被可靠地包覆起來，免清洗技術(shù)已經(jīng)觸及其極限。
正如很多公司業(yè)已發(fā)現(xiàn)的，“僅僅免清洗”已經(jīng)不能保證焊接器件的可靠性。而電路板則進(jìn)一步面臨更為復(fù)雜和苛刻的測(cè)試環(huán)境。因?yàn)榇罅课鼭裥曰罨瘎┑拇嬖冢瑹o鉛錫膏沒有足夠的窗口來通過這些測(cè)試。而對(duì)組裝件的清洗，特別是對(duì)日益增加的現(xiàn)有的和吸濕性的殘留物的清洗，能夠極大地改善其耐濕性并防止極易產(chǎn)生的遷移。
