SMT助焊剂（flux）的组成、作用、助焊剂类型

你知道为什么在电路板组装（PCBA）后需要清洁吗？清洁的目的是什么？为什么大多数过去/现在的PCBA不需要清洁？但为什么客户仍然要求清洁电路板？

在电路板组装和焊接过程中，初始过程是清洗的，即在板经过“波峰焊”或“表面安装”后，用洗涤剂或纯水去除板上的最终污染物。后来，随着电子零件的设计越来越多样化和小型化，在清洗过程中逐渐出现了一些问题，PCBA的清洗过程过于繁琐，因此出现了免清洗工艺。

电路板组装（PCBA）后清洁电路板的主要目的是去除PCB表面的残留助焊剂。就SMT工艺而言，“水洗工艺”和“免清洗工艺”最大的区别在于焊膏中助焊剂的成分不同，而波峰焊工艺纯粹是炉前助焊剂的成分。这是因为助焊剂的主要目的是消除焊接物体的表面张力和氧化物，以获得清洁的焊料表面，而去除氧化的最佳物质是“酸”和“盐”等化学物质。然而，“酸”和“盐”具有腐蚀性，如果它们留在PCB表面，随着时间的推移，它们会腐蚀铜表面，造成严重的质量问题。

事实上，即使电路板是使用免清洗工艺生产的，如果焊剂配方不当（通常是在使用一些来源不明的焊膏时，或者在吃锡或焊膏的影响可以消除时，因为这些焊膏的焊剂通常会添加弱酸）或焊剂残留过多，随着时间的推移，焊膏与空气中的水分和污染物混合后，可能会对电路板的铜表面造成腐蚀。当电路板存在腐蚀风险时，仍然需要进行清洁。因此，这并不意味着“免清洗工艺”的板材不一定需要清洗，当然，如果可以清洗，尽量不要清洗，毕竟清洗很麻烦。

焊剂成分简介

焊剂主要由以下四个主要部分组成：

①    树脂：40-50%。松香是粘性的，可以在被焊接的金属表面形成保护层，隔绝空气，减少加热过程中与氧气的接触，降低氧化速率。

②  活化剂：2-5%。主要功能是清洁和去除金属表面的氧化层，降低焊料的表面张力，有助于焊料。

③  溶剂：30%。溶剂有助于溶解和混合助焊剂中的不同化学物质，并使助焊剂在锡粉中均匀混合。溶剂是挥发性的，因此不建议将焊膏长时间暴露在空气中，以避免溶剂挥发、焊膏干燥，影响焊接。

④触变改性剂：5%。它用于调节焊膏的粘度，使其呈糊状，增强焊膏的印刷适应性，使焊膏在电路板上印刷后仍保持其原始形状而不会坍塌。

此外，在某些特殊情况下，不清洁工艺的电路板也需要用水清洗，例如：将PCBA单独出售给最终客户，希望电路板的表面清洁，给客户留下良好的外观印象。在PCBA的后续工艺中，需要增加电路板表面的附着力。例如，保形涂层需要通过100格测试。或者避免焊膏残留物中不必要的化学反应，例如在灌封过程中。

免清洗工艺的焊剂残留物在潮湿环境下会产生微传导（阻抗降低），特别是对于精细间距的零件，如0201尺寸以下的无源元件底部，特别是小间距BGA封装，因为焊点设置在零件底部，很容易保留太多通量，在使用过程中加热后，水分容易附着在其上，不使用时冷却后，随着时间的推移形成微传导，导致漏电流或增加保持电流以消耗功率。

因此，板材是否需要清洗取决于具体需求，了解“为什么要清洗？清洗的目的是什么？”非常重要。

PCBA助焊剂的类型和解释由于PCBA的“清洗过程”和“免清洗过程”之间最大的区别是助焊剂，清洗的最大目的是“去除助焊剂残留”和其他污染物，那么我们需要了解有哪些类型的助焊剂。通量基本上分为以下几大类：

1.无机助焊剂系列早期，助焊剂中添加了无机酸和无机盐（如盐酸、氢氟酸、氯化锌、氯化铵），称为“无机助焊剂”。由于无机酸和无机盐属于中强酸，清洗效果非常好，可以获得良好的焊接效果，助焊剂也很好，但缺点是腐蚀性很强，焊接物体必须有很厚的涂层或厚度才能承受强酸的清洗，因此使用这种“无机助焊剂”后必须立即严格清洗，以避免其继续腐蚀电路板的铜箔，实用性受到很大限制。

2.因此，有些人在助焊剂中添加酸性较小的有机酸（如乳酸和柠檬酸）来代替强酸，这被称为“有机助焊剂”。虽然它的清洁度不如强酸好，但只要焊接物体的表面污染不太严重，它仍然可以起到一定的清洁作用，重要的是焊接后的残留物可以在焊接物体上保留一段时间而不会造成严重的腐蚀，但弱酸也是酸性的，所以焊接后仍需要清洗，以免将来造成线路腐蚀等不良现象。

3.树脂、松香系列助焊剂由于洗涤过程过于繁琐，并非所有电子零件都可以清洗，如蜂鸣器、纽扣电池和弹簧针，不建议用水清洗。后来，有人在助焊剂中添加松香来代替原来的酸洗剂，这也可以在去除氧化物方面发挥一定的作用，但当松香是单体时，化学活性较弱，焊料的润湿性往往不够，因此在实际应用中需要添加少量的活性剂来提高其活性。松香的另一个特性是，它在固态下没有活性，只有在变成液体时才有活性，熔点约为127°C，活性可以持续到315°C。目前，无铅焊料焊接的最佳温度为240-250°C，刚好在松香的活性温度范围内，其焊渣没有腐蚀问题，这些特性使松香成为一种无腐蚀性助焊剂，广泛应用于电子设备的焊接。

4.IPC-J-STD-004根据助焊剂成分定义了四种主要助焊剂：有机（OR）、无机（IN）、松香（RO）和树脂（RE）。

PCBA清洗过程的麻烦和缺点：所谓的“清洗”就是用液体溶剂或纯水清洗电路板，因为一般酸性物质都可以溶解在水中，所以可以用“水”来溶解和清洗，所以称之为清洗。然而，在免清洗助焊剂中使用松香不能溶解在“水中”，必须用“有机溶剂”清洗，但也被称为“水洗”。大多数水洗过程都使用“超声波”振荡来增强清洗效果并缩短清洗时间，而这些清洗剂在清洗过程中很可能会渗透到一些有细孔的电子零件或电路板中，造成不良影响。

有些可能会因液体渗透后无法干燥而失效，如簧片开关和弹簧针。或者清洁后，它会把污垢带到零件内部，使其运行不顺畅或接触不良，如蜂鸣器、喇叭、微动开关等零件。有些可能是有缺陷的，因为它们不能承受冲击清洁，比如纽扣电池。这些对清洗过程有疑问的电子零件通常必须在清洗后才能进行焊接，以避免在清洗过程中造成永久性损坏，这增加了生产过程，生产过程中的环节越多，就越有可能失去好的产品，这实际上对生产过程造成了浪费，清洗后的焊接通常是手工焊接，焊接质量也难以控制。因此，这仍然是一句老话，“如果你能洗，就不要洗”。

尽管免清洗工艺在许多情况下可以满足生产需求，但PCBA的清洗仍然是一些要求苛刻的电子设备制造中不可或缺的一部分。例如，在航空航天、医疗设备等领域，电路板的可靠性和稳定性至关重要。在这些区域，即使是最轻微的焊剂残留或微传导风险也会产生严重后果。就像在航空航天中一样，电路板可能会暴露在极端的温度、湿度和复杂的电磁环境中，如果电路板因焊剂残留而发生故障，这可能会影响整个飞行系统的安全。

在医疗设备方面，起搏器等精密设备中电路板的正常运行关系到患者的安全。焊剂残留引起的微导电可能会导致设备误操作或故障，这是绝对不可接受的。因此，在这些特殊领域，无论是从安全性还是可靠性的角度来看，PCBA都必须进行清洁，即使电路板采用免清洁工艺，也必须进行额外的清洁程序。此外，在清洁过程中，还需要根据具体的电路板结构和电子元件的特点选择合适的清洁方法和清洁剂，以确保清洁效果，避免损坏电路板和元件。这就要求制造商对每种可能的清洁方法和洗涤剂进行详细的测试和评估，这无疑会增加生产成本和周期时间，但对于满足苛刻的质量标准是必要的。

此外，随着电子技术的不断发展，电子元件的集成度越来越高，电路板的布局也越来越复杂。这给PCBA清洁带来了新的挑战，例如在多层电路板中，焊剂残留物可能隐藏在层之间的微小间隙中，而传统清洁方法可能无法有效去除这些间隙。针对这种情况，正在开发和应用一些新的清洁技术，如等离子体清洁技术。等离子体清洗技术利用等离子体中活性粒子与助焊剂残留物的化学反应，将它们分解成小分子并去除，这些小分子可以深入微小缝隙进行清洗，对电路板和组件的损坏较小。然而，等离子体清洗技术也有一些局限性，如设备成本高、清洗效率相对较低。因此，在实际应用中，有必要综合考虑具体的生产需求和成本效益，选择最合适的清洗方法。

锡膏和助焊剂分为两种类型：水洗和不清洗，一般水洗锡膏和通量使用成分可以溶解在水中，而免清洗过程中的助焊剂不能溶解在水里，只能用有机溶剂清洗。因此，如果您已经决定要清洁PCBA，建议在开始时使用水洗焊膏和助焊剂，以帮助清洁助焊剂。