三、波峰焊接表面的净度和电子污染

1.波峰焊接后保持被焊表面净度的意义不论如何强调波峰焊接后适当清除助焊剂残留物都不过分。从化学角度看，任何一种有效的助焊剂均必然存在一定的腐蚀性；否则，它就不能从被焊表面清除掉氧化膜。因此，某些助焊剂制造商声称其助焊剂无腐蚀性的论点是不能成立的。即使是“免清洗助焊剂”在高可靠性的PCB电路中也会存在危险性。残留物的腐蚀现象能损坏导体，使线路的电阻增高。腐蚀还使导体强度降低和脆化而使导体发生机械故障。此外，离子性残留物会产生漏电流，而且其大小是随大气湿度变化而变化的，有时断续出现。对电子组装件的危害来源于可电离材料的存在，大多数可电离材料为卤素（如氯化物等），在腐蚀机理中起主要作用的是氯化物。波峰焊接后的钎料表面，在有空气的情况下，空气也同样将被吸附于钎料表面，由于键的相互饱和，将使空气分子紧贴表面，如图2所示。在采用含铅钎料的情况下，空气中的氧与钎料中的Pb、Sn反应后，将形成氧化铅和氧化锡薄膜，如图3所示。

图2 空气中的金属晶格示意图

图3 在空气中的锈蚀金属表面示意图

2）在氯离子作用下被焊表面出现锈蚀的机理通常金属铅因其表面覆盖着一层结构致密、附着力强的氧化铅层的保护而使其不受环境的侵蚀。然而，假若在 PCB 表面残留有某些含有氯离子（ 如含卤素的活性松香助焊剂，空气中存在含有氯的盐雾成分及汗渍等）的残留物时，那么在氯离子的作用下将发生如图4所示的化学反应。所形成的氯化铅是附着力相当差的化合物，在含有CO2的潮湿空气中，氯化铅是不稳定的。从图9.23所示的循环腐蚀反应化学式的左下部可见，氯化铅很容易转变为较稳定的碳酸铅，并在该转变过程中释放出另一个氯离子，该氯离子再次游离侵蚀氧化铅层。该转变过程的最终产物碳酸铅层是多孔的白色材料，它不能保护金属。结果，大气中的氧接触金属铅并重新氧化金属铅的表面，氧化铅因存在氯离子的侵蚀，再次转变为氯化铅，在氯化铅进一步转换为碳酸铅时重新生成氯离子。而且只要环境中有水和二氧化碳，这种腐蚀过程将永无休止地循环进行下去，直到钎料中的铅全部消耗殆尽为止，从而造成电子装备的彻底损坏。因此研究被焊后表面的净度状况对某些高可靠性产品是非常重要的。

图4 SnPn钎料腐蚀的简化循环过程

3.表面净度和电子污染上面所揭示的腐蚀过程，主要是被焊表面不洁净。那么表面应干净到什么程度才算净化了呢？不同用途和不同使用环境的产品，其所需要的净化程度也是不同的。因此，目前还没有适用于所有设备的明确净度标准。例如，家用电器（如收音机、电视机等）对净化的要求与飞机、导弹、卫星等设备的要求就可能完全不同。家用电子设备波峰焊接后不清洁不会构成严重危害，而对要求高可靠性的军用产品来说，情况就完全不同了，焊后应进行彻底的清洗，这样既可除去多余物，又可消除由于离子污染而使可靠性下降的潜在危险。监控PCB焊后的表面净化程度，最关键的还是要测定PCB上的离子污染程度。清洁度测试用于测定有机、无机和离子化或非离子化的污染物，生产实践表明在PCBA上污染物主要有：助焊剂残留物；颗粒性物质；化学盐类残渣、指印、腐蚀（氧化）、白色残渣等。由于上述污染物具有危害性，因此，对高可靠性产品应按IPC-TM-650的2.2.25和2.3.26规定方法进行离子污染物测试，试验时用于清洗试样溶剂的电阻率应不小于2×106Ω·cm或相当于1.56μg/cm2的氯化钠含量。离子污染的程度通常区分为3个等级，如表3所示。

表3 离子污染等级

上面分析了由于净度不良造成焊点填充钎料的消耗，除此外腐蚀还能损坏导线，使线路电阻增加，引起导线变细和脆化，导致导线机械损坏。此外，腐蚀产物不仅本身能产生电流泄漏现象，造成电路参数的不稳定，而且还能在诸如继电器等机械接点元器件上形成不导电的沉积物。例如，所用松香基助焊剂或类似材料，就可能在接点表面及其邻近区域产生非导电焊接烟尘，该烟尘在接点表面上沉积形成妨碍导电性的绝缘层。在电子产品装配中，虽然助焊剂及其残留物通常是产生腐蚀现象的主要原因，但也不排除还有许多其他产生腐蚀的潜在因素，归纳起来可列述如下：（1）加工处理用的溶液，如电镀和腐蚀加工所用材料的残留物；（2）操作人员的汗迹，因出汗而沉积在组装件上的腐蚀性氯化物能形成较任何其他因素更具腐蚀性的腐蚀剂；（3）环境沉积作用，如空气中的硫可侵蚀Ag、Cu的表面；（4）来自加工设备的污染，如切削冷却液、润滑油和其他可产生污染的溶液；（5）包装材料选用不当。