by Joe Russeau, Precision Analytical Laboratory and Mark Northrup, IEC Electronics
几十年来，电子行业越来越需要了解化学残留物对PCB和PCBA可靠性的影响。助焊剂残留物和其他工艺化学品留下的残留物可能会导致现场运行中的组件过早失效。了解这些残留物的来源及其对产品功能的影响，对于减轻由于清洁问题导致的产品故障是至关重要的。几十年来，业界一直使用的评估印制电路板及其组件清洁度的工具是萃取溶液（ROSE）电阻率测试法。
ROSE测试法是20世纪70年代初期由印第安那洲印第安纳波利斯的海军航空电子战中心开发的。早期测试法使用含有75%乙丙醇和25%去离子水的溶剂挤压瓶。用75/25混合溶液冲洗组件表面，可溶于混合溶液的任何材料（如助焊剂）都可被溶解，并用烧杯收集溶液。测量所收集溶液的电阻率，用氯化钠当量（NaCl eq.）表示测量结果。后来的测试方法实现了自动化，测试限值为10.06µg的NaCl 当量/ in2（1.56μg NaCl / cm2）。该限值被各种军用规范引用，如MIL-P-28809和WS-6536，最终成为行业的合格/不合格标准。该限值一直沿用至今，广泛用于各种材料组合，从裸板到组件到元器件。
过去的两三年，IPC各标准开发技术组就ROSE测试在目前组装环境中的作用进行了相当多的讨论。从主要的水洗工艺到“免洗”工艺的转变意味着出现了非常不同的助焊剂组成。在许多场合都提出了这个问题——对于PCB和PCBA清洁度的评估，ROSE测试是否仍然是一个可行的选择，是否需要有所补充。对于这个问题，基本上有两个阵营：一些人想要继续使用这种测试方法并对它再创新，使其作为过程控制工具；另一些人则认为该测试方法已经完成了它的使命。
图1：ROSE系统
为了更新这种测试方法，IPC的J-STD-001委员会委托了一组用户和专业专家来确定是否有最佳使用方法来支持其持续的应用。该小组得出了两个结论。第一个结论是：ROSE测试不应该再被称为清洁度测试，而应该被称为过程控制工具。这是一个合理的结论，因为ROSE从来都不意味着工业已定义的清洁度。第二个结论，该测试法的使用者除了提供ROSE测试结果外，还必须提供客观证据，以证明他们的制造过程处于控制之中。关于该小组定义的“客观”证据的更多信息，详见IPC-WP019。
本文的标题是我们想要重点讨论的内容。我们赞同ROSE测试对于评估今天的组装产品已没有什么价值的观点，并将详述原因。第一个与ROSE测试的有效性有关的重要问题是溶剂。当刚开发出这种测试方法时，当时所用的主要助焊剂主要由松香组成（＞30%）。75/25混合物对于这种助焊剂是一种非常有效的溶剂，可将其分解并带入溶液中。这是需要考虑的一个重要因素，因为要准确测量PCBA上的残余助焊剂，必须先有一种溶剂将其溶解到溶液中。这是目前ROSE测试的主要问题之一。
为什么溶剂是一个需要考虑的重要因素？对组件进行清洁度测试时，通常会提出4个如下问题：
- 组件表面有什么类型的残留物？
- 这些残留物的浓度是多少？
- 这些残留物/浓度是否会对产品性能/功能造成任何风险吗？
- 残留物源于何处？
如果想回答这些问题，我们需要考虑一个具有两个非常具体属性的测试平台：选择性和敏感性。随着板设计的发展、产品小型化、工艺改进和当今组装生产中使用的各种化学品，散装溶剂测量已不适合确定是否存在任何隐藏的残留物。
接下来，为了进行精确的测试，ROSE测试使用了太多的溶剂。因而造成一个问题，因为过多的溶剂具有稀释作用，导致提取的残留物可能混在系统中的其它杂质中。溶剂体积是评估残留物的主要考虑因素，因为我们需要得到表面上什么更集中的代表。在现实世界中，故障很少是由于几升液体接触组件而导致的。通常情况下，几滴液体就足以导致产品故障，在某些情况下，仅湿度就可能导致故障。
现在来讨论使用Rose测试作为过程控制工具的问题。在我们进一步讨论这一点之前，我们必须首先定义“过程控制”。以下是www.businessdictionary.com给出的“过程控制”定义，非常适合此处的讨论：
“确保一个过程所涉及的活动是可预测的、稳定的，并且始终以正常的变化在目标性能级别上运行。”
赞成继续使用Rose进行过程控制的人可能认为它能够并且确实满足定义中的属性。然而，我们今天提出的一个更大的问题是ROSE在所有的产品类型、设计和材料组合方面都能满足该定义的要求吗？在我们看来，答案一定是“不能”。
分析了50多年组件的清洁度后，有一件事我们可以肯定地说：所有的组件对工艺残留物的容限值是不一样的。有些组件设计的容限值远低于其他的设计。考虑到行业在不断减少板面积和增加板密度，自然需要有一种更为严格的方法来了解表面上隐藏着什么。通过已用了50年的方法采用散装溶剂测量残留物，已无法再满足今天的需求，至少不能满足行业内所有细分市场的需求。我们不能期望该测试方法能够达到我们所需要的理解水平，这与我们的工艺残留物的影响有关，它是从20世纪80年代以来就没有改变的方法，那时散装溶剂测试仪很常见。
此外，负责该方法的IPC任务组尚未解决它的局限性，并没有尽其应有的努力使该方法与行业发展趋势保持同步。这不是对这些任务组的猛烈抨击。毕竟，他们是由有自己工作的志愿者组成的。然而，我们再也不能自满了。我们的方法必须努力跟上技术的发展步伐，否则我们会冒着收集的数据只反映了部分实际情况或更槽的风险，这些数据根本没有价值。
还有其它选择吗？由于本文只讨论了离子残留物，因此目前有一种工具具有先前描述的两种属性，可用于评估现代组件的离子残留物，即离子色谱（IC），这是一种精确和可重复的工具。用于萃取的溶剂量大大减少。然而，它并非没有局限性。IC并不特别适合于生产车间的操作。它需要更有资格的个人来运行它并解释结果，并且目前使用的是与ROSE相同的溶剂。虽然需要对IC的方法和设备做一些必要的改进，但我们相信它是迄今为止跟踪、调查和监测PCB、PCBA甚至元器件（对于开发使用GEIA-STD-0006的人）上离子残留物含量的最佳工具。
图2：离子色谱仪
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Joe Russeau是Precision Analytical Laboratory的总裁及CEO。Mark Northrup 是IEC Electronics的技术副总裁。
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