残留物与电子PCBA 的可靠性

1.1松香焊剂的残留物

含有松香或改性树脂的助焊剂，主要是由非极性的松香树脂及少量的卤化物与有机酸，有机溶剂载体组成，有机溶剂在工艺过程中会因高温而挥发除去。卤化物有机酸（如己二酸）等活性物质主要是去除被焊表面的氧化层，改进焊接效果，但是在焊接中，复杂的化学反应过程改变了残留物的结构。产物可以是未反应的松香、聚合松香、分解的活性剂以及卤化物等活性剂，同锡铅的反应产生的金属盐，未发生变化的松香及活性剂比较易于除去，但具有潜在危害的反应物清除比较困难。

1.2有机酸焊剂残留物

有机酸焊剂（OR）一般是指助焊剂中的固体部分是以有机酸为主的助焊剂，这类助焊剂的残留物，主要是未反应的有机酸，如乙二酸、丁二酸等以及其金属盐类。现在市面上绝大多数所谓无色免清洗助焊剂就是这一类，它主要由多元有机酸组成，也包括常温下无卤素离子， 而焊接高温时可以产生卤离子的化合物，有时也包括极少量的极性树脂，这类残留物中，最除去的就是有机酸与焊料形成的盐类，它们的有较强的吸附性能，而溶解性极差。当PCBA的组装工艺使用水溶性助焊剂时，会产生更大量这类残留物及卤化物盐类，但由于及时的水性清洗，这类残留物可以得到很大程度的降低。

1.3白色残留物

白色残留物在PCBA上是常见的污染物，一般是在 PCBA清洗后或组装一段时间后才发现。PCBA的制造和装配过程的许多方面均可以引起白色残留物。白色污染物，一般多为助焊剂的副产物，但PCB的质量不良，如阻焊漆的吸附性太强，会增加白色残留物产生的机会。常见的白色残留物是聚合松香，未反应的活化剂以及助焊剂与焊料的反应生成物氯化铅或溴化物等，这些物质在吸潮后，体积膨胀，部分物质还与水发生水合反应，白色残留日趋明显，这些残留物吸附在PCB上除去异常困难。

1.4胶粘剂及油污染

PCBA的组装工艺中，常会使用到一些黄胶，以及红胶，这些胶用于固定元器件。但由于工艺检测的原因，常常粘污了电连接部位，此外焊盘保护胶带后撕离的残留物会严重影响电接性能。另外，部分元件，如小型电位器常涂有过多的润滑油，也会污染PCBA 板面， 这类污染的残留，经常是绝缘的，主要影响电连接性能，一般不会造成腐蚀，漏电等失效问题。

按最近的EIA/IPC J-STD-001C（电子电气焊接技术要求，2000年2 版）的标准，对 PCBA 组装前各配件表面的残留量以及焊后的 PCBA 的残留量的要求，则首先必须保证各配 件的可焊性的要求，PCB裸板必须外观清洁，且等价离子残留量小于产品接受标准值。除了离子残留量标准以外，还规定了助焊剂残留量的要求，以及外观的要求见下表。

电子组装工艺残留物与清洁度要求与分析方法

PCBA上残留物或清洁度的分析检测方法主要包括外观状况检查，离子性残留物，松香或树脂性残留物，以及其他有机污染物的鉴别等。外观检查通常通过目测方式检查，必要时借助于放大镜、显微镜、金相显微镜；离子残留浓度测试，松香树脂残留量的分析，SIR测定，有机残留物鉴别分析测试的方法请参考IPC-TM-650。

过多的残留物除了影响PCBA的外观外，更重要的是造成功能失效，因此残留物对 PCBA 的可靠性可能造成的影响是可以足够严重的。另外，残留物的类型不同对PCBA 的影响程度与方式都不一样，树脂性残留物主要会引起接触电阻增大，甚至引起开路；而离子性的残留物除了会引起绝缘性能下降外，还会引起PCBA 的腐蚀，引起开路或短路，使整个PCBA失效。

3.1残留物造成对PCBA的腐蚀

PCBA上失效焊点的外观，失效部位的焊点已经发白变色且多孔。PCBA组装时由于使用了铁底材底引线脚底元器件，铁底材由于缺乏焊料底覆盖，在卤素离子以及水分的腐蚀下很快产生Fe3＋，使版面发红，这些离子的迁移造成该PCBA在使用不足半年就发生功能失效。类似例子在我们的工作中经常遇到。

3.2引起PCBA 电迁移

在PCBA组装成整机，使用一定时间后，特别是在南方的湿热环境下，如果在PCBA表面有离子存在，极易发生电迁移现象，即在 PCBA工作时焊点（盘）间有电场，有水份，离子就会形成定向迁移，最后形成电流通道，造成绝缘性下降，最常见的例子就是不少显示器或电视机在开机时图象模糊或延迟。如果PCBA上使用了含银的焊料，在银腐蚀成银离子后，电迁移更易发生，电迁移失效的 PCBA 在进行必要的清洁后功能常常恢复正常。

3.3电接触不良

在PCBA的组装工艺中，一些树脂比如松香类残留物常常会污染金手指或其它接插件，在PCBA工作发热时或炎热气候下，残留物会产生粘性，易于吸附灰尘或杂质，引起接触电阻增大甚至开路失效，这就是不少通讯设备和高压电房设备需要定期清洁保养的缘故。

1、控制PCB及元器件清洁度

来料PCB与元器件应保证表面无明显污染物，元器件表面的污染物也会因工艺原因带到 PCB上。一般 PCB的离子污染应控制在 1.56μgNaCl/cm2以下，元器件在保持可焊性的 同时，要保证同样的清洁度要求。

2、防止PCBA转移过程污染。

在不少企业，组装好的PCBA随意堆放，车间环境差，无抽风设备，人员赤手空拳行事，极易引起PCBA版面的污染，汗渍污染却不可避免，因此必须采取必要的措施，保证作业条件必要的清洁度要求。

3、焊料助焊剂的选择

主要包括选用低固态或免清型助焊剂，理想的助焊剂在工艺中由于预热及焊接热，还有锡波的清洗，会使焊剂中的活性物质得到充分地利用，将清洁度保持到最佳。此外，SMT使用的锡膏也一样。部分焊膏的残留物极多，而且去除极难，因此选用非常重要，最好从通过检测的产品中选择进行必要的工艺试验，后再确定。

4、加强工艺控制

PCBA的主要残留物来自助焊剂。因此在保证焊接质量的条件下，尽可能提高焊接时的预热及焊接温度，以及必要的焊接时间，使尽可能多的离子残留会随高温分解或挥发，从而得到清洁的PCBA。此外，其他控制措施，比如采用防潮树脂保护PCBA的表面，间接地防止或降低离子残留物的影响，这也不失一个好办法。

5、使用清洁工艺

目前，绝大部分的 PCBA 的离子污染在清洗前难达到小于 1.56μgNaCl eq./cm2。要么与 用户协商降低要求，否则许多要求高的PCBA，必须经过严格的清洗工序。清洗时既要针对 松香或树脂，又要针对离子性的残留，根据化学上的相似相溶原理清洗。清洗就是残留物的 溶解过程，因此必须使用极性与非极性的混合溶剂，才能有效的去除PCBA的残留。目前 由于环保呼声的膨胀，许多性能好的溶剂可能不被使用（如氟氯烃系列溶剂）。必须选用清洁工艺时，又不能对环境造成新的污染。这对许多厂家而言，确实不是一件容易的事。