“免洗助焊剂”还得洗？

摘自： 赛宝可靠性

基于制程残留物对产品可靠性的影响，以及对于环境友好、成本效益等综合因素的考量，许多电子产品都使用了“免清洗助焊剂”，以希望能够满足设计和性能要求。愿望是美好的，方法也似乎是可行的，但是实际效果如何呢？

从上个世纪的八十年代始，来自商业和军工背景的助焊剂专家组就在一起致力于助焊剂标准的研究，并由此产生了一个具有国际影响力的助焊剂规范：J-STD-004。从J-STD-004规范中可以看到，助焊剂分类主要是基于助焊剂活性和卤化物含量，而不是“免清洗”或者“清洗”。那么生产中常说的“免清洗助焊剂”到底是什么概念？

根据适用情况不同，组装之后，不同类型的助焊剂有不同的残留量。IPC-CH-65中对于残留分类给出了一个量化参考：

行业中俗称的“免清洗助焊剂”是一组助焊剂的统称，它属于低残留助焊剂，目的是在焊接之后有稳定和良好的残留。因此，在电子组装作业中清洗与否的标准并不是看用不用免洗助焊剂，而是要针对终端使用环境，具体分析与残留相关的某个或者某些长期可靠性方面的问题。

于是问题来了，哪些可靠性问题与残留相关？

 残留物最直接的影响就是电化学迁移（ECM）。

电化学迁移的主要过程是，焊点或导线上的金属溶解为导电金属盐，在电场作用下，金属离子通过水层朝着阴极方向迁移，并沉积在阴极；当越来越多的金属沉积在阴极，金属枝晶从阴极朝向阳极生长。迁移减小了板面的电气间隙，并由此带来短路等可靠性问题。组装残留物的存在增加了形成水层的风险，而水层为导电盐溶解和扩散提供了媒介。在较高的离子污染水平下，发生电化学迁移的风险大大增加。

实例1板面离子残留造成的电化学迁移

2.锡须（Tin Whisker）生长也与组装残留物有关。

已有研究表明，将无铅元器件暴露在85℃，85%RH条件下500h，组装残留物浓度相对较高的元器件会生长出相对较长的锡须，而清洗后的元器件锡须生长明显得到抑制或减少。锡须生长到一定程度，会带来短路、信号干扰或发生金属蒸汽电弧等可靠性风险。

实例2 助焊剂残留物附近焊点的锡须生长

组装残留物会增加蠕变腐蚀和电迁移（EM）的风险。

此外，不当的清洗工艺还会带来材料兼容性问题。

实例3 不当清洗造成的焊点变黑

目前对于评估组装残留物可靠性相关的测试规范，行业内广泛使用和认可的是IPC标准，包括：IPC-TM-650 试验方法手册，IPC 6012 刚性印制板的鉴定及性能规范，IPC J-STD-001 焊接的电气和电子组件要求，IPC-CH-65 印制板及其组件清洗指南……

电子组装制程的范围从非常简单到非常复杂，其中涉及到广泛范围的材料。制程中的每一步骤中所使用的每一种材料都会对组件有影响。因此组装残留物的可靠性要综合评估助焊剂及其他残留物种类、印制板及其组件的可制造性、清洗剂及清洗工艺适用性、材料兼容性等一系列问题，要考虑的要素非常多。

印制电路组件贴装和结构的高密度化及元器件的微型化，使得相邻导体间的间距减小、印制板组件上污染物的影响尤其突出。因此，有必要对组装残留物及其可靠性影响进行评估，有效降低组装残留物带来的质量风险。

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