一项对水基助焊剂与选择性电路板表面最终涂层交互作用的研究。

　　最近，我们进行了一项对水基(water-based)助焊剂与选择性电路板最终表面涂层交互过程作用的研究。一个委托人要求我们评估一个新的工艺，其中他使用了Dexter FST 的浸锡、上了Kester 977低固、无VOC、免洗波峰焊接助焊剂。该研究由两个阶段组成：(1)评估一个液体助焊剂超重应用的工艺和(2)评估一个相同的工艺，但液体助焊剂为典型的用量。两个浸锡组都使用热空气焊锡均匀法(HASL, Hot Air Solder Leveling)控制的电路板。

　　按照标准J-STD-001C, 附录B(IPC-TM-650, 方法2.6.3.3A)，在CSL Umpire 的试验板上，使用表面绝缘电阻(SIR, Surface Insulation Resistance)测试方法来评估残留物的电气影响。CSL Umpire 板是设计用于评估下列图案的：68脚无导线晶片载体(LCC, Leadless Chip Carrier)、80脚微小方形扁平包装(TQFP, tiny quad flat pack)、256个输入输出(IO)的球栅阵列(BGA, ball grid array)、针栅阵列(PGA, pin grid array)插座、16脚的双排引脚封装(DIP, dual in-line package)、和底面上的B24蜂巢图案(总共16个SIR图案)。对残留物的另外的分析是按照标准IPC-TM-650，方法2.3.28，使用离子色谱法(IC, ion chromatography)完成的。

　　工艺条件

　　对于第一阶段，10块浸锡的空板上免洗锡膏，并回流。板然后用Kester 977上助焊剂，并焊接。这些装配放置在SIR室168小时。在第一阶段工艺中，一个必要因素是给每块板上的助焊剂数量 - 1500 µg/in²的重量。

　　对于第二阶段，10块浸锡板与第一阶段完全一样地处理。唯一的差别是给每块板上的Kester助焊剂数量是750 µg/in²

　　第一阶段(大量的液体助焊剂)的发现

　　10块板，每块板12个SIR图案，只有68脚的LCC不符合J-STD-001C附录B中的测试标准。失效的原因是测得低电阻率，在这种离地高度低的LCC元件下是最显著的，以及在这LCC图案上的金属迁移。所有其它图案，BGA、TQFP、DIP、PGA和B24都通过SIR测试。失效的区域显示在陶瓷LCC之下有过多的助焊剂夹住的迹象。三个HASL处理的板也在LCC之下失效。

　　所有测试的残留物都低于我们为免洗装配所建立的推荐最大值。通过离子色谱法(IC)，该过程为浸锡和HASL两种板测试了离子清洁度。

　　第二阶段(典型的液体助焊剂)的发现

　　因为所有其它图案都通过了第一阶段的测试，SIR的重点只是集中在10块板的68脚LCC图案上。第二阶段的发现显示，所有的板都通过J-STD-001C附录B的测试标准 - 包括三个HASL板。

　　所有测试的残留物都低于我们为免洗装配所建立的推荐最大值。通过离子色谱法(IC)，该过程显得清洁。

　　所有这些意味着什么？

　　我们一直怀疑大量的助焊剂可能在元件下面留下一摊没有反应或者部分反应的水基助焊剂。由于水基助焊剂是强酸性的，它在元件下面不去掉可能影响该电路板的电路。对电路的损坏可能引起电迁移(electromigration)或者漏电失效，甚至离子色谱法显示这些装配是清洁的。在体研究中，我们能够产生一种没有典型的腐蚀性残留物的树枝状结晶，但是留下一种强酸性，导致LCC之下的漏电。由于本研究，该客户现在有一个规程。每块板上用喷雾施用750µg/in²的水基助焊剂，当施用均匀时，将产生可接受的装配。

　　问题的启示

　　水基、免洗助焊剂的大量使用，达到 1500 µg/in²，将在元件下面的区域被夹住，留下一种强酸性的残留物，可能导致在浸锡和HASL板上的电迁移失效。新的工艺证明，Dexter FST浸锡板，上Kester 977低固、无VOC、免洗波峰焊接助焊剂，当完全激化(加热)时，表现很好。

　　Terry Munson, and Pat Kane are with Contamination Studies Laboratory (CSL), Kokomo, IN; (765) 457-8095; e-mail: Residuguru@aol.com and CSLPAT@aol.com.

(A 04/16/2001)