助焊剂的种类解说，电路板焊接后为何要水洗？水洗制程、免洗制程有何差异？有那些电子零件不建议水洗？

你知道早期在电路板组装(PCBA)后为何还需要清洗吗？清洗的目的与用意所为为何？为什么后来/现在的PCBA几乎都可以不用再清洗了呢？可为什么还是有客户要求要清洗板子呢？有那些电子零件不建议水洗？

电路板组装焊接，最开始的制程是需要水洗的，也就是板子过完「波峰焊(Wave soldering)」或是「表面贴焊(Surface Mount)」后，最终还要使用清洁剂或纯水来清洗掉板子上的污染物，重点是要洗掉助焊剂污染，因为助焊剂中含有酸性成分，后来随着电子零件的设计越来越多样，也越来越小，水洗制程渐渐出现了一些问题，还有就是因为PCBA的清洗制程实在是太麻烦了，后来才演化出了免洗制程。

电路板组装(PCBA)后清洗板子的主要目的在去除PCB表面上残留之助焊剂

以SMT制程来说，「水洗制程」与「免洗制程」的最大差异在锡膏中助焊剂的成份不同。而对于波焊制程来说，就纯粹是炉前助焊剂的成份。这是因为助焊剂(flux)使用的主要目的在去除被焊接物的表面张力及氧化物以取得洁净的焊接表面，而去除氧化的最佳良药当属「酸」及「盐」这类化学药剂，但是它们却具有腐蚀性，如果长期残留在PCB或焊点表面，将会随着时间而逐渐腐蚀铜面或焊点，造成严重的品质不良。

建议延伸阅读：介绍认识【锡膏(solder paste)】的基本知识

其实，就算使用免洗制程所生产出来的PCBA板子，如果助焊剂的配方不当（通常是用到一些来路不明的锡膏，或是有些特别强调吃锡效果或可以强力去除氧化物的锡膏时，这些锡膏的助焊剂配方通常会添加弱酸）或是助焊剂残留过多，时间久了，残留的助焊剂将会与空气中的湿气及污染物质混合，就可能会对电路板的铜面造成腐蚀现象。当板子有被腐蚀风险时，清洗还是必要的，尤其是针对那些需要高信赖性的军工产品或某些特殊要求的车用或医疗用电路板。所以，并不是说「免洗制程」的板子就一定不需要清洗，当然能不水洗就不要水洗，毕竟水洗可是很麻烦的。

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另外，在有些特殊目的情况下也会要求将免洗制程的板子拿去水洗，比如说：

• 单卖PCBA给终端客户者，希望板子的表面看起来干净，期能给予客户良好的外观印象。

• PCBA的后续制程中需要增加电路板表面附着度者。比如说三防胶(Conformal coating)涂布需要通过百格测试者。

• 或是为了避免锡膏残留物产生不必要的化学反应者，比如说灌胶(Potting)制程。

• 免洗制程残留的助焊剂在潮湿环境下会产生微导通（阻抗降低），尤其是细间脚(fine-pitch)零件，比如说0201尺寸以下的被动元件底部，特别是小间距的BGA封装，因为焊点设置在零件底部，就容易残留过多的助焊剂，且湿气也容易在使用时温度升高不用时冷却后附着在其下方缝隙，久而久之就形成了微导通，造成漏电流(leakage current)或增加待机电流(retention current)而过度耗电。

所以，板子需不需要水洗？得视个别需求而定，重要的是要去了解「为何要水洗？水洗的目的又是什么？」。

PCBA助焊剂的种类与解说

既然谈到PCBA「水洗制程」与「免洗制程」的最大差异在助焊剂，而且水洗的最大目的在「去除助焊剂的残留」以及其他污染，那我们就得了解一下助焊剂有哪些种类。

助焊剂基本上分成下列几大类：

1.无机系列助焊剂

早期的助焊剂中会添加无机酸及无机盐等物质（比如说盐酸、氢氟酸、氯化锌、氯化铵），称之为「无机助焊剂」，因为无机酸及无机盐类为中强酸，所以具有非常良好的清洁效果，当然就可以获得良好的焊锡效果，其帮助焊锡性优异，但缺点是腐蚀性也很强，被焊接物必须有较厚的镀层厚度才能承受强酸的清洗，所以使用这类「无机助焊剂」后必须马上进行严格的清洗，以避免其继续腐蚀电路板的铜箔，实用性大受限制。

2.有机系列助焊剂

既然中强酸特别容易发生腐蚀，所以就有人使用酸性较弱的有机酸（比如说乳酸、柠檬酸）添加在助焊剂中来取代强酸，称之为「有机助焊剂」，其清洁程度虽然没有强酸来得好，不过只要被焊物的表面污染不算太严重，它还是可以起到一定程度的清洁效果，重要的是它焊接后的残留物可以在被焊物上保留一段时间而无严重腐蚀，但弱酸也是酸，所以在焊接后还是得水洗，以免日久造成线路腐蚀等不良。

3.树脂、松香系列助焊剂

因为水洗制程实在是太麻烦了，而且也不是所有的电子零件都可以进行水洗，比如蜂鸣器(buzzer)、钮扣电池(coin battery)、弹簧顶针连接器(pogo pin)就不建议进行水洗。

后来有人将松香加入到了助焊剂中取代原本的酸性清洁剂，松香也可以起到一定程度清除氧化物的功效，但是松香为单体时，化学活性较弱，对促进焊料的润湿往往不够充分，因此实用上需要添加少量的活性剂，以提高它的活性。松香还有一个特性，就是松香在固态时呈「非活性」，只有变成液态时才呈活性，其熔点约为127℃，而活性则可以持续到315℃的温度。目前无铅锡焊的最佳温度为240～250℃，刚好处于松香的活性温度范围内，且它的焊接残留物不存在腐蚀问题，这些特性让松香一跃成为非腐蚀性助焊剂的主流而被广泛应用于电子设备的焊接中。

IPC-J-STD-004依据助焊剂成份定义了四大助焊剂：有机(OR)、无机(IN)、松香(RO)、树脂(RE)。

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PCBA水洗制程的麻烦：

所谓「水洗」，就是使用液体溶剂或纯水来清洗板子，因为一般的酸性物质都可以溶解在水中，所以可以使用「水」来溶解清洗，所以称之为水洗。

但是免洗助焊剂因为使用松香，它则无法溶解于「水」中，必须使用「有机溶剂」来清洗，但一样被称之为「水洗」。

大部分的水洗制程都会使用「超音波」震盪来加强清洗效果及缩短时间，这些清洗剂在清洗的过程中极有可能会渗透到一些有着细小孔隙的电子零件或电路板之中残留而造成不良。

有那些电子零件不建议水洗：

以下列出一些水洗前必须特别留意并做好防护的电子零件，以免水洗后造成电子零件损坏，或损害其寿命。

• 因为液体渗入本体后而长期无法干燥以致造成功能失效之零件，比如说簧片(metal dome switch)开关、弹簧顶针连接器(pogo pin)。

• 清洗后反而把脏东西带入到零件内部使之作动不顺或接触不良者，比如说蜂鸣器、喇叭、微动开关、继电器、麦克风…等零件。要注意的是水洗过程中有极大可能把残留助焊剂带入到零件内部并沾污于一些接触点上造成接触不良。

• 高频敏感元器件。无法承受震盪清洗而出现不良者，如晶体振盪器、电解电容、钮扣电池等。

• 另外，如果已经完成三防漆(conformal coating)或是COB（Chip on board）灌胶、LED灯条封胶作业的产品也不建议水洗，因为会有液体渗入导致信赖性失效风险。

这些对水洗制程有疑虑的电子零件一般都必须安排在水洗之后才能进行焊接，以避免清洗时造成永久性损坏，这就增加了生产的制程环节，而且生产的制程越多道就越容易有良损，无形中对生产制程造成了浪费，而且水洗后的焊接通常是手焊，对焊接品质也较难管控。所以，还是那句话「能不水洗就不要水洗」。

补充说明：
锡膏及助焊剂又分成水洗与免洗两种，一般的水洗锡膏及助焊剂因为使用酸性成份可以溶解于水中，而免洗制程的助焊剂使用松香则无法溶解在水中，只能用有机溶剂来清洗。所以，如果已经决定PCBA要清洗，建议一开始就採用水洗的锡膏与助焊剂，这样才会有助将助焊剂清洗干净。

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免洗助焊剂(flux)的成份简介

如果你想了解一些比较详细关于助焊剂的成分介绍，建议你参考【介绍并认识【锡膏(solder paste)】的基本知识(含助焊剂)】一文，这里只是稍微介绍一下助焊剂的成份组成。

免洗助焊剂的成份基本上包含下列四种主要材料：

• 树脂松香(Resin)：40~50%。
  松香带有黏性，可以在被焊金属的表面形成保护层以隔绝空气，减少加热过程中与氧气的接触，降低氧化率。
• 活性剂(activator)：2~5%。
  主要作用起到清洁并去除金属表面的氧化层，并且降低焊锡的表面张力，帮助焊锡。
• 溶剂(solvent)：30%。
  溶剂可以帮助溶解并混合助焊剂中的不同化学物质，并且让助焊剂可以均匀的混合于锡粉当中。溶剂具有挥发性，所以不建议让锡膏长期暴露于空气中，以避免溶剂挥发，锡膏变干，影响焊接。
• 触变剂(rheology modifier)：5%。
  用于调节锡膏的黏度达到膏状的目的，增强锡膏的可印刷性，让锡膏印刷于电路板后仍能保持原有的形状不至于坍塌。

~以上文章内容依据个人经验与网路上查询到的资讯汇整，如果有错误或偏颇的地方请指正~

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