無鉛錫膏對清洗工藝的影響
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)深入測試，以評估典型無鉛錫膏對于清洗工藝的影響。
為了更新已經(jīng)完成的研究并評估最新的結(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關(guān)鍵問題：1.使用無鉛錫膏對現(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)換會提高清洗的重要性嗎？
采用無鉛錫膏對清洗的影響
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)的活化成分都會造成助焊劑殘留物增多并對清洗工藝提出更高的要求。
ZESTRON在去年對現(xiàn)有的無鉛錫膏，主要是免洗配方進(jìn)行了新一輪測試，以對錫膏的最新發(fā)展對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)過一個小時的干燥，然后在一臺網(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)行測試。測試中使用了標(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)用測試中使用的清洗時間不同（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試。需要指出的是，在清洗誤印電路板時必須額外考慮一個因素，即無鉛焊接工藝推行的同時，焊盤的無鉛化，尤其對于大規(guī)模生產(chǎn)來說，轉(zhuǎn)向了OSP裸銅的方向。OSP相對于此前的焊盤金屬，比如傳統(tǒng)的熱風(fēng)整平對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。基于一系列的深入研究，ZESTRON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儀測試。為了發(fā)現(xiàn)未被離子污染檢測出的活化殘留物，采用ZESTRON助焊劑測試液對每快測試基板進(jìn)行定性分析。這項(xiàng)簡單的測試步驟檢測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試均顯示三種清洗劑類型都有很好的結(jié)果。在占測試基板總數(shù)約5%的極少的個案中，檢測到有輕微的殘留物；但均在微調(diào)工藝參數(shù)，比如清洗時間、溫度和清洗方式后完全去除。
小結(jié)
通過測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)檢測的測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竸埩粑锖唵屋p易的去除并且在不進(jìn)行額外投資的情況下通過對現(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試中可能達(dá)到，但在測試時可能發(fā)生暫時的失效（見圖3）。
對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試。而對組裝件的清洗，特別是對日益增加的現(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。
