ANSYS 部落格
December 5, 2019
什麼是助焊劑殘留物？它為什麼會導致電子故障？
助焊劑是一種酸性混合物，用於在焊接過程中去除金屬氧化物並形成良好的金屬鍵。缺點是焊接後留下的助焊劑殘留物會導致電子故障和電流洩漏。
工程師需要了解焊接過程才能減少
助焊劑殘留物的數量並提高電子可靠度。
當工程師談到良性或活性助焊劑殘留物時，他們指的是故障風險，而不是殘留物本身的化學成分。沒有任何單一的詞語或測試可以涵蓋了解相關風險的所有必要資訊。
目前已知的是當電路不斷縮小，故障的風險便更高。為了降低這種風險，工程師需要了解化學成分、應用技巧、設計及其使用案例的環境。
焊接與助焊劑殘留物的化學成分
影響發生電氣故障之機率的助焊劑含有四種成分：
- 活化劑
- 黏合劑
- 溶劑
- 添加物
然而，活化劑和黏合劑的影響最大。
電路板上的焊劑殘留物
活化劑是在當代助焊劑中找到的弱性有機酸。它們的酸度會帶來風險，卻是良好的接合效果所必需。酸與金屬氧化物發生反應，形成金屬鹽。經過潤濕程序，鹽溶解而形成冶金式接合。
有時候酸可能並未完全消耗。發生這種情況時，過量的酸會導致電子故障。為了降低風險，工程師必須使用最少量的助焊劑進行正確焊接。
這些黏合劑，有時稱為賦形劑，是擁有高熔點且不溶於水的化合物 (如天然松香和合成樹脂)。焊接後，它們可以避免未消耗的活化劑在水中溶解。黏合劑形成一大塊可見的殘留物。為了保持組件無樹脂的清潔外觀，許多工程師選擇使用低濃度黏合劑的助焊劑配方，因而可能增加故障風險。
溶劑用於溶解其他成分。製造建議的焊接溫度曲線有一部分是基於溶劑的沸點。在應用過程中，務必按照溫度曲線，確保所有溶劑均蒸發。如果有溶劑殘留，則可能發生電子故障。
助焊劑化學成分中有一小部分是添加劑，即塑化劑、染劑或抗氧化劑。添加劑可能提高可靠度，但由於製造商的智慧財產權保護，我們無法深入了解或控制其功能。
各種焊接程序的風險
工程師可以使用表面貼焊 (SMT)、波焊、選擇性焊接或手工焊接。由於使用的助焊劑劑量不同，每一種都有風險。
SMT 是最乾淨的選項之一：它使用一種助焊膏，使用鋼板印刷或印表機印刷的方式應用。這種方式可以良好控制所應用的劑量。
液態助焊劑比助焊膏的風險更高，因為它極難控制應用時的流動與劑量。
手工焊接
在波焊或選擇性焊接中，會用手或以噴霧或泡沫形式分配液體。在波焊的程序中，液體可能流向組件的頂端。當發生這種情況時，機板頂部的溫度可能不足以蒸發溶劑。由於不同員工在應用時控制能力不同，手工焊接也會出現類似的問題。
為了降低過量和難以控制的液體流動的風險，工程師可以使用焊錫絲和分配設備進行具一致性的應用。
如何測量組件潔淨度
有幾種業界標準方法可以收集資料，這些資料可用於解釋焊接後的風險等級。
耐溶劑萃取 (ROSE) 的測試可以在清潔作業過程中監測離子清潔度。此測試收集的資料有助於工程師維持合格的焊接和清洗程序。
離子層析法是另一種用來測量焊接後剩餘離子量的常見技巧。它也是偵測助焊劑中含有多少弱性有機酸的簡單方法。
潮濕的使用環境可能導致故障。
離子層析法的其中一個挑戰是不同的方法會產生不同的結果。例如，全組件浸泡會提供整個表面的濃度平均值。為了在較小面積中偵測酸，工程師必須使用更多局部取樣方法。不幸的是，離子層析的結果沒有標準的準則認定通過或失敗。
工程師也可以執行功能測試，以評估在潮濕、情況最差的環境中設計的效能表現。在這些情況下，故障通常與洩漏或短路有關。工程師可以使用電流限制來減少短路造成的損害，這可能會將殘留物導致故障的任何證據都隱藏起來。
工程師必須依靠他們對設計的瞭解、最終使用環境和清潔度資料來評估風險。這是因為影響風險的因素很多，包括：
- 助焊劑化學反應/應用
- 電性間距
- 介電強度
- 頻率
- 灌封膠/塗層附著力
要了解有關提高電子可靠性的更多資訊，請註冊參加網路研討會 — 助焊劑殘留物：導致電子故障的關鍵因素。或者閱讀我們的可靠性工程服務。