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殘留物與電子PCBA 的可靠性
電子產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量主要取決于PCBA的可靠性和質(zhì)量水平，在工藝實踐以及PCBA的失效分析中，“殘留物”對PCBA的可靠性水平影響極大，也引起了廣大電子工程師或質(zhì)量控制人員的高度重視，特別是一些號稱免洗的產(chǎn)品、其殘留物經(jīng)常被忽視。
1.1松香焊劑的殘留物
含有松香或改性樹脂的助焊劑，主要是由非極性的松香樹脂及少量的鹵化物與有機酸，有機溶劑載體組成，有機溶劑在工藝過程中會因高溫而揮發(fā)除去。鹵化物有機酸（如己二酸）等活性物質(zhì)主要是去除被焊表面的氧化層，改進焊接效果，但是在焊接中，復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程改變了殘留物的結(jié)構(gòu)。產(chǎn)物可以是未反應(yīng)的松香、聚合松香、分解的活性劑以及鹵化物等活性劑，同錫鉛的反應(yīng)產(chǎn)生的金屬鹽，未發(fā)生變化的松香及活性劑比較易于除去，但具有潛在危害的反應(yīng)物清除比較困難。
1.2有機酸焊劑殘留物
有機酸焊劑（OR）一般是指助焊劑中的固體部分是以有機酸為主的助焊劑，這類助焊劑的殘留物，主要是未反應(yīng)的有機酸，如乙二酸、丁二酸等以及其金屬鹽類?，F(xiàn)在市面上絕大多數(shù)所謂無色免清洗助焊劑就是這一類，它主要由多元有機酸組成，也包括常溫下無鹵素離子， 而焊接高溫時可以產(chǎn)生鹵離子的化合物，有時也包括極少量的極性樹脂，這類殘留物中，最除去的就是有機酸與焊料形成的鹽類，它們的有較強的吸附性能，而溶解性極差。當PCBA的組裝工藝使用水溶性助焊劑時，會產(chǎn)生更大量這類殘留物及鹵化物鹽類，但由于及時的水性清洗，這類殘留物可以得到很大程度的降低。
1.3白色殘留物
白色殘留物在PCBA上是常見的污染物，一般是在 PCBA清洗后或組裝一段時間后才發(fā)現(xiàn)。PCBA的制造和裝配過程的許多方面均可以引起白色殘留物。白色污染物，一般多為助焊劑的副產(chǎn)物，但PCB的質(zhì)量不良，如阻焊漆的吸附性太強，會增加白色殘留物產(chǎn)生的機會。常見的白色殘留物是聚合松香，未反應(yīng)的活化劑以及助焊劑與焊料的反應(yīng)生成物氯化鉛或溴化物等，這些物質(zhì)在吸潮后，體積膨脹，部分物質(zhì)還與水發(fā)生水合反應(yīng)，白色殘留日趨明顯，這些殘留物吸附在PCB上除去異常困難。
1.4膠粘劑及油污染
PCBA的組裝工藝中，常會使用到一些黃膠，以及紅膠，這些膠用于固定元器件。但由于工藝檢測的原因，常常粘污了電連接部位，此外焊盤保護膠帶后撕離的殘留物會嚴重影響電接性能。另外，部分元件，如小型電位器常涂有過多的潤滑油，也會污染PCBA 板面， 這類污染的殘留，經(jīng)常是絕緣的，主要影響電連接性能，一般不會造成腐蝕，漏電等失效問題。
按最近的EIA/IPC J-STD-001C（電子電氣焊接技術(shù)要求，2000年2 版）的標準，對 PCBA 組裝前各配件表面的殘留量以及焊后的 PCBA 的殘留量的要求，則首先必須保證各配 件的可焊性的要求，PCB裸板必須外觀清潔，且等價離子殘留量小于產(chǎn)品接受標準值。除了離子殘留量標準以外，還規(guī)定了助焊劑殘留量的要求，以及外觀的要求見下表。
電子組裝工藝殘留物與清潔度要求與分析方法
PCBA上殘留物或清潔度的分析檢測方法主要包括外觀狀況檢查，離子性殘留物，松香或樹脂性殘留物，以及其他有機污染物的鑒別等。外觀檢查通常通過目測方式檢查，必要時借助于放大鏡、顯微鏡、金相顯微鏡；離子殘留濃度測試，松香樹脂殘留量的分析，SIR測定，有機殘留物鑒別分析測試的方法請參考IPC-TM-650。
過多的殘留物除了影響PCBA的外觀外，更重要的是造成功能失效，因此殘留物對 PCBA 的可靠性可能造成的影響是可以足夠嚴重的。另外，殘留物的類型不同對PCBA 的影響程度與方式都不一樣，樹脂性殘留物主要會引起接觸電阻增大，甚至引起開路；而離子性的殘留物除了會引起絕緣性能下降外，還會引起PCBA 的腐蝕，引起開路或短路，使整個PCBA失效。
3.1殘留物造成對PCBA的腐蝕
PCBA上失效焊點的外觀，失效部位的焊點已經(jīng)發(fā)白變色且多孔。PCBA組裝時由于使用了鐵底材底引線腳底元器件，鐵底材由于缺乏焊料底覆蓋，在鹵素離子以及水分的腐蝕下很快產(chǎn)生Fe3＋，使版面發(fā)紅，這些離子的遷移造成該PCBA在使用不足半年就發(fā)生功能失效。類似例子在我們的工作中經(jīng)常遇到。
3.2引起PCBA 電遷移
在PCBA組裝成整機，使用一定時間后，特別是在南方的濕熱環(huán)境下，如果在PCBA表面有離子存在，極易發(fā)生電遷移現(xiàn)象，即在 PCBA工作時焊點（盤）間有電場，有水份，離子就會形成定向遷移，最后形成電流通道，造成絕緣性下降，最常見的例子就是不少顯示器或電視機在開機時圖象模糊或延遲。如果PCBA上使用了含銀的焊料，在銀腐蝕成銀離子后，電遷移更易發(fā)生，電遷移失效的 PCBA 在進行必要的清潔后功能常?；謴?fù)正常。
3.3電接觸不良
在PCBA的組裝工藝中，一些樹脂比如松香類殘留物常常會污染金手指或其它接插件，在PCBA工作發(fā)熱時或炎熱氣候下，殘留物會產(chǎn)生粘性，易于吸附灰塵或雜質(zhì)，引起接觸電阻增大甚至開路失效，這就是不少通訊設(shè)備和高壓電房設(shè)備需要定期清潔保養(yǎng)的緣故。
PCBA上殘留物的控制
1、控制PCB及元器件清潔度
來料PCB與元器件應(yīng)保證表面無明顯污染物，元器件表面的污染物也會因工藝原因帶到 PCB上。一般 PCB的離子污染應(yīng)控制在 1.56μgNaCl/cm2以下，元器件在保持可焊性的 同時，要保證同樣的清潔度要求。
2、防止PCBA轉(zhuǎn)移過程污染。
在不少企業(yè)，組裝好的PCBA隨意堆放，車間環(huán)境差，無抽風(fēng)設(shè)備，人員赤手空拳行事，極易引起PCBA版面的污染，汗?jié)n污染卻不可避免，因此必須采取必要的措施，保證作業(yè)條件必要的清潔度要求。
3、焊料助焊劑的選擇
主要包括選用低固態(tài)或免清型助焊劑，理想的助焊劑在工藝中由于預(yù)熱及焊接熱，還有錫波的清洗，會使焊劑中的活性物質(zhì)得到充分地利用，將清潔度保持到最佳。此外，SMT使用的錫膏也一樣。部分焊膏的殘留物極多，而且去除極難，因此選用非常重要，最好從通過檢測的產(chǎn)品中選擇進行必要的工藝試驗，后再確定。
4、加強工藝控制
PCBA的主要殘留物來自助焊劑。因此在保證焊接質(zhì)量的條件下，盡可能提高焊接時的預(yù)熱及焊接溫度，以及必要的焊接時間，使盡可能多的離子殘留會隨高溫分解或揮發(fā)，從而得到清潔的PCBA。此外，其他控制措施，比如采用防潮樹脂保護PCBA的表面，間接地防止或降低離子殘留物的影響，這也不失一個好辦法。
5、使用清潔工藝
目前，絕大部分的 PCBA 的離子污染在清洗前難達到小于 1.56μgNaCl eq./cm2。要么與 用戶協(xié)商降低要求，否則許多要求高的PCBA，必須經(jīng)過嚴格的清洗工序。清洗時既要針對 松香或樹脂，又要針對離子性的殘留，根據(jù)化學(xué)上的相似相溶原理清洗。清洗就是殘留物的 溶解過程，因此必須使用極性與非極性的混合溶劑，才能有效的去除PCBA的殘留。目前 由于環(huán)保呼聲的膨脹，許多性能好的溶劑可能不被使用（如氟氯烴系列溶劑）。必須選用清潔工藝時，又不能對環(huán)境造成新的污染。這對許多廠家而言，確實不是一件容易的事。
結(jié)束語：殘留物對PCBA可焊性的影響是嚴重的，所以許多的PCBA失效，都是由于殘留物造成的。在我們要給客戶解決的許多個案中有深刻的體會；除了建議生產(chǎn)廠家加強工藝與物料控制以外，要加強新工藝新技術(shù)的研究。我們目前也盡力完善檢測的技術(shù)手段，為廣大廠家或用戶分析問題根源，提供改進的措施辦法，共同努力減少PCBA由于殘留物導(dǎo)致的失效， 從而提高 PCBA 的可靠性水平。
