Ansys博客
December 5, 2019
什么是助焊剂残留物，它为什么会导致电子故障？
助焊剂是一种酸性混合物，可用于在焊接过程中去除金属氧化物并形成良好的冶金结合。缺点是焊接后剩余的助焊剂残留物会导致电子故障和电流泄漏。
工程师需要了解焊接过程以减少
助焊剂残留量并提高电子可靠性。
当工程师谈到温和的或活性助焊剂残留物时，他们往往谈论的是失败的风险——而不是残留物本身的化学反应。我们无法通过一种方式或一项测试就捕获了解这些风险所需的所有信息。
我们所能知道的是，随着电路不断缩小，故障风险会随之增加。为了降低这种风险，工程师需要了解化学反应、应用技术、设计及其用例环境。
焊接和助焊剂残留物的化学反应
影响电气故障几率的助焊剂有4种成分：
- 活化剂
- 粘合剂
- 溶剂
- 添加剂
然而，活化剂和粘合剂的影响最大。
电路板上的助焊剂残留物
活化剂是现代助焊剂中的弱有机酸。其酸度会带来一定风险，但对于良好的结合来说是必不可少的。酸与金属氧化物起反应会形成金属盐。在沾锡过程之后，盐会溶解并形成冶金结合。
有时，酸可能没有被完全消耗。当出现这种情况时，过量的酸会导致电子故障。为了降低风险，工程师需要使用尽可能少量的助焊剂来进行合适的焊接。
粘合剂有时被称为载体，它们是不溶于水的高熔点化合物（如天然松香和合成树脂）。在焊接之后，它们可以防止未消耗的活化剂溶解在水中。粘合剂会形成大部分的可见残留物。为了保持装配体上没有树脂残留的清洁外观，许多工程师会选择具有低浓度粘合剂的助焊剂配方——这可能会增加故障的风险。
溶剂可用于溶解其他成分。从某种程度上说，制造商推荐的焊接规范是基于溶剂的沸点。在应用过程中，遵循规范至关重要，这样可确保所有溶剂都被蒸发掉。如果有任何溶剂残留，则可能会出现电子故障。
添加剂包含增塑剂、染料或抗氧化剂，这构成了助焊剂化学成分的一小部分。添加剂可能会提高可靠性，但由于制造商的知识产权保护，我们无法深入了解或控制其功能性。
各种焊接过程的风险
工程师可以使用表面贴装回流焊（SMT）、波峰焊、选择性焊接或手工焊接等方法。由于所使用的助焊剂的量不同，每一种方法都存在一定风险。
SMT是最清洁的选择之一：它使用的是通过模板或印刷机涂敷的助焊膏。这种方法能够很好地控制涂敷量。
液体助焊剂会比焊膏带来更大的风险，因为它更难控制涂敷量和流动情况。
手工焊接
在进行波峰焊接或选择性焊接时，可以通过手动、或者以喷雾或泡沫的形式分配液体助焊剂。在波峰焊接过程中，液体可能会流到装配体的顶部。当发生这种情况时，电路板顶部的温度可能不足以蒸发溶剂。由于不同员工涂敷控制之间的差异，手工焊接可能会出现类似的问题。
为了降低液体流动过多而且难以控制的风险，工程师可以使用具有一致应用方法的助焊剂芯焊锡丝和点胶设备。
如何测量装配体清洁度
我们可以通过几种行业标准的方法来收集相关数据，并用其来标识焊接后的风险等级。
溶剂萃取电阻率（ROSE）测试可以监测清洁操作期间的离子清洁度。该测试收集的数据有助于工程师维持合格的焊接和清洗过程。
离子色谱法是另一种常用的方法，可用于测量焊接后剩余的离子数量。这也是一种能够从助焊剂中检测弱有机酸含量的简单方法。
潮湿的使用环境可能导致故障。
离子色谱法具有的一个挑战是不同的方法会产生不同的结果。例如，完全的装配体浸泡将提供整个表面的浓度平均值。为了在更小的区域内进行酸检测，工程师需要使用更局部的采样方法。遗憾的是，离子色谱法结果没有关于通过或失败的标准规范。
此外，工程师还可以进行功能测试，以评估设计在潮湿、最坏情况中的运行情况。在这些情况下，故障通常与泄漏或短路有关。工程师可以使用限流来减少短路造成的损坏，而这可能会掩盖由残留物所导致的故障的相关证据。
工程师需要凭借他们的设计知识、最终使用环境和清洁度数据来评估风险。这是因为影响风险的因素众多，具体包括：
- 助焊剂化学反应/应用
- 电气间距
- 介电强度
- 频率
- 灌封/涂覆附着力
如欲了解有关提高电子可靠性的更多信息，请报名参加网络研讨会——助焊剂残留物：造成电子故障的关键因素。或者阅读我们的可靠性工程服务。
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