作者：Tom Forsythe
与低共熔点锡铅焊料相比，无铅合金的特点是熔点较高、不易湿润。为了改进工艺窗口，助焊剂要能够增强湿润程度、增大氧化难度并且提高热稳定性。而助焊剂残留又会引发更大的风险，并且更难清洗。本文讨论无铅清洗所面临的挑战，并且谈谈影响清洗的一些规则。
你也许会问，“免清洗是怎么一回事了？”可溶解于水的助焊剂可以用水来清洗干净，难道不是吗？自从无铅用到生产中，这些问题就不绝于耳。实际的情况和我们过去十年来看到的有一点不同，既然它可溶解于水，那么，免清洗就是主要的焊料技术。本文谈谈影响清洗的规则——不论是政府的法例、顾客的规定，还是自然规律。
图1a典型的免清洗残渣。
规则1：无铅转换影响无所不在
每个人都会受到无铅转换的影响。请考虑一下你用的元件，锡铅元件和无铅元件是不是都买得到。考虑一下焊接技术：在过去的这几年，花费在锡铅材料上的产品开发时间是多少？
你也许会问，这和清洗是怎么捆绑在一起的。为了回答这个问题，我们从最基本的东西说起：助焊剂，或者更广一点，焊料技术，以及它们的发展如何影响到清洗。比较一下图1a和图1b就可以看到它们的影响。值得注意的是，在图1a中，我们可以看到有较多助焊剂残渣，它使关于无铅的第二条规则更加引人注目。
规则2：残渣永远不受欢迎
正是因为有这些大量的残渣，有些公司考虑将它们去掉，工程师们则需要评估如何才能去掉残渣。于是，产生了第三条规则。
规则3：温度越高去掉残渣越难
运用第3条规则就能够容易理解，与温度直线上升到最高的温度曲线相比，使用包含保温段的温度曲线时，为什么清洗会变得更加难。当然，导致这个问题的原因不是温度曲线的形状，而是峰值温度。当温度超过20℃到30℃，它就会加剧保温段可能出现的问题，所以，只有在完成实际的工艺有效性测试之后，才能做出合适的选择。延长高温段可能会导致基板本身出现不可逆转的结果。图2是这些可能存在的不可逆转结果。
这把我们带回到第1条规则。关于清洗的推论1：如果污物和工艺条件改变，清洗工艺也必须改变。我们曾经说过，基本的因素（焊料技术）已经改变了许多：合金（以及它们的氧化物）、助焊剂（组成和含量）以及温度曲线。基本上，焊接中会影响清洗的每一个重要因素，都随着转到无铅而改变。但是，只有当清洗工艺和技术也随之改变，这一切才有意义。
当我们考察推论1的现实情况时，最好能够取得一些能用于分析的数据。好在有大量数据比较了典型或者传统的清洗技术和使用新材料的结果，十几年来，这些技术一直是产业的支柱，而新材料的发展和新的无铅材料是密不可分的（图3a）。有必要认真地分析这些数据。清洗系统的操作温度提出了一些问题。当无铅产品需要更高的焊接温度时，出现了更多问题。温度不仅是清洁能力的一个敏感的指标，它也是一个成本指标。结果也许不尽相同，但是，降低清洗的操作温度能够大幅度降低对清洗材料的要求。图3b可以证明了这一点。传统清洗技术2不能很好地清洗，然而，传统清洗技术1在温度和产权工艺成本方面最高的情况下，能够成功地进行清洗。传统清洗技术2只有在相对良好的工艺条件下才能实现。
图1b: 无铅再流焊温度曲线直
线上升到最高的情况下的焊点。
从图3c可以看到，传统清洗技术2与无铅焊接材料配合得并不好。不过，传统清洗技术1的清洗效果不错，而新的2号材料在温度最低时性能较好。所有相关数据都必须检查。对你所听到的，不要感到满足，也不要怀疑你现在的工艺会做到的。检查数据，或者让你的供应商提供数据。在修改新焊接材料的基准数据时，应该假设焊料有无数种选择。无论如何，如果 果客户需要这些数据，任何有信誉的供应商都应该提供。既然讲到温度这个因素，我们还应该看看一个重要的软性评价因素——外观。
规则4：焊点始终应该有光泽
所有的客户都希望他们的产品看上去完美无暇。这是在技术方面，电子企业和其他企业有共同语言的一点。自从使用三氟三氯乙烷（CFC-113）以来，焊点看上去是有光泽的，现在仍然如此（图4a）。无铅合金的光洁度甚至更好一些。也许，这还不能和锡铅合金相提并论，但是已经取得了很大的进步。如果你的产品或者测试基板看上去像图4b，那么，你可要当心。
图4b里的表面光洁度并不是传统技术特有的。在十年或者十二年以前，表面光洁度是所有水清洗机的难题，特别是，如果由于某种原因清洗时间延长了的话。在九十年代中期，水清洗技术在表面光洁度方面取得了长足的进步。在技术实现飞跃之前，市场上出现了许多老技术，看上去与图4b类似。
图3a-c用图来比较典型的（传统）清洗技术和现代清洗材料。
所幸的是，随着无铅清洗的出现，无铅技术将成为标准技术，在今后一、两年里，这些技术将逐渐淘汰。
然而，问题并不全在化学品。硬件是所有因素中重要的部分。如果清洗剂完全不能清洁，那么，有硬件也于事无补。同样，在胡乱挑选的一台的机器中，很好的清洗剂也难有出色的效果。现在，清洗工作主要是用水清洗设备来进行，同时，要研究一下批量生产和在线系统各自的优点，这也是很重要的。
图4a 有光泽的焊点。图4b 缺乏光泽的焊点。
在批量方面，主流的设计是柜式洗涤型系统。所有类型批量清洗系统的尺寸一般都比较小，占的场地不大，要求适中，比预置化学剂的在线系统都便宜。当然，它们的容量也比较小。通常，从防爆、气动熔解系统到全自动、由可编程逻辑控制器（PLC）管理、预置化学剂的系统，有几种可选择的模式。根据前面清洗数据的分析，你可能会认为，无铅清洗总是很有挑战性，而且，不论选择哪种系统，都需要用热能和机械能来做到这些。
在线系统或者使用传送带的系统，是用于大量的连续清洗。这种系统有各种组合的产品：传送带宽度、水泵尺寸、喷嘴类型、洗涤区域长度和化学品隔离区。在确定系统的技术要求时，要考虑到工厂的设施，这点很重要。电力、供水和通风，以及足够的操作空间和日常维护都是非常重要的。由于增加了这些要求，生产量很大，工件要能够从波峰焊或者再流焊炉送出来，按设计要求的速度，自动送到清洗机。每一家厂商都有一系列专门设计的清洗机，在市场上已经取得成功。对于工艺设计人员来讲，问题是在性能很好的各种设备中进行挑选。对于那些无铅化的厂商，这些强大的系统通常能够提供一个宽阔的工艺窗口，能够灵活地满足未来工艺的要求。
规则5：测试
彻底地对你所考虑的工艺进行测试。不要把测试完全外包给一个供应商，而是要亲自参与测试。配合候选的供应商（包括清洗剂和硬件）开发出一个良好的试验设计（DOE）程序，即使对一个资深工程师而言，这都是一个学习过程。在执行一个深思熟虑的DOE设计的过程中，可以学到很多东西。在设计和执行阶段，可以让你评估无铅清洗设备供应商的另一方面：他们的技术能力和实地支援的能力。每一个复杂的工艺，例如清洗系统，都会遭遇意外的失败。当这一天来临时，你会希望供应商和你并肩解决问题。DOE就是实地评估他们所作承诺的好机会。不仅要对化学品进行测试，要测试机器，机器和化学品一起进行测试，还要测试候选对象的实地支援能力。在作出决定时要充分掌握资料。
作者简介
Tom Forsythe是Kyzen公司负责市场推广的副总裁，电话：（1）615 831-0888，电子信箱：tom_forsy-the@kyzen.com。 |
