离子污染度测试的NaCl当量表述经常用于环境气候可靠性方面的评估，通常忽略组装板的几何性状以及表面形貌对结果的影响。在12×10英寸装贴板上测量结果的精确度和重复性误差在±20％。J-STD 001-C标准用作测量结果的分析依据。

研究结果
    作者发现铅盐在不同溶液中的溶解度不同。某些铅盐如Pb（NO3）在水中完全可溶。从客户随机收集的清洗液试样中发现铅含量远低于10mg/l（40mg/加仑）。实验室中用不同浓度和温度条件下的新鲜清洗剂试验，证实了铅盐有限溶解度的初始假设。所有情况下当铅盐浓度升高时，都会产生白色沉淀物。这些沉淀物经分析后确认是铅和清洗剂某些组分形成的“临时复合物”。这解释了锡铅的溶解度取决于实际使用的清洗剂。

 

图1 有代表性的客户清洗液试样A和B的数据图。

    为了充分理解混合清洗工艺（锡铅和无铅共享清洗工艺）可能存在的风险和缺点，我们收集了一些目前客户正在使用的清洗液试样。这对我们认识清洗液污染程度如重金属（铅和锡）承载量等提供了非常有价值的信息。试样均取自客户（不同的清洗剂），并特别注意，确保它取自不同的工艺应用。
另外针对大量清洗剂的内部研究同样表明，无铅锡膏更倾向于锡被溶解。众所周知，锡盐不易溶解，但实验再次验证了该结论。

    检测客户试样中锡含量时，发现和检测铅类似的现象。铅的最高含量通常低于10mg/l（40mg/gallon）。作者认为极端情况下任何时刻铅含量不应超过50mg/l。模拟的工艺条件下，在40g清洗剂中加入10克新鲜锡膏（2种锡铅和2种无铅的混合物），再放置4周，证实了以上结论，如样品板12和13所示（图1）。尽管未经回流的铅和助焊剂的溶解度有所增加，但其值相对较小。 

    实验样本采集自不同产能规模的制造工厂。尽管它们在生产规模上有很大差异，但结果发现铅的溶解程度并没有与产能有任何线性比例关系。作者把原因归结于：

    a）恒定的沉积速度。

    b）高产量生产应用中新鲜清洗液的持续补充。作者认为没有明确分离助焊剂清洗和误印清洗工艺的潜在客户，不能依赖上述分析数据。

图2 无铅和有铅装配件的谱图对比。

    混合工艺中氧化还原物质对（锡和铅盐，不包括其他的重金属）的存在由此得到了证实。观测到的量值用作以后实验的基准值。纳入组装板的数量映像从客户处获得的清洗液样本的数量。

X射线分析
    在这里采用一种已被证实有效的方法（基于XRF技术）。首先，制定测试样品的基准点。选择共晶和含铅两种样品，并观测它们的区别（图2）。

    XRF法对无铅样品板的检测在可测范围内没有发现铅元素的存在。另外，还进行了实验性的误差测定和近乎100次的量测以确保统计分布有意义。

  测试结果中0.0-0.3mg/cm2的实验值被认为是低于WEEE和RoHS法规中界定的临界值限0.1% 。
    锡铅合金PCB板的铅指数值一般在3.0-5.0mg/cm2之间。从线路板背面进行测量同样可得到铅含量大于3.0mg/cm2的结果。从通常的校检结果分析，3.0-5.0mg/cm2的重量百分比当量约为3000-5000PPM。以上分析清楚表明，XRF法可有效地应用于对可能存在的铅污染的检测中。
其余样品板经“RoHS”分析仪检测。以下收集的谱图直观说明了样品的成分，以及第二块PCB板中铅元素的存在。

    该实验结果表明“RoHS”分析仪可有效地应用于PCB组装板中铅元素的检测。该法的测量极限可达到2块PCB板可测值的50倍以上。

    该分析系统还可提供所有RoHS限定的物质元素的谱图以及每次分析的定性和定量数据。

实验室分析
实验室条件下用相同的测试板进行基于XRF分析技术的检测实验。为此，我们准备了不同温度条件下不同铅含量的不同清洗液。
实验

1 清洗剂 A ，浓度15％，铅盐含量50mg/l，接触时间5分钟，室温。
观测结果：
● 溶液澄清
● 实验误差 在 0.1mg/cm2以内
● 未检测到经氧化还原反应产生的有铅污染物
本实验证明铅元素既非通过氧化还原反应，也非通过离子污染的方式进入清洗液。所有测量值均在实验误差范围以内。
实验2 清洗剂 A ，浓度15％，铅盐含量100mg/l，接触时间5分钟，室温（表1）。
观测结果：
● 白色铅盐沉淀物
● 实验误差 在0.1mg/cm2以内
● 没检测到通过氧化还原反应的有铅污染物

    铅盐浓度的升高并没有改变铅含量的量级。这表明较低离子污染程度和通过沉淀作用导致清洗液中铅含量的减少。另外，第2次漂洗并没有明显改变铅的含量（表2）。
实验3 清洗剂 A ，浓度15％，铅盐含量50mg/l，接触时间5分钟，120°F。
观测结果：
● 溶液澄清
● 第2次漂洗去除了残余的铅盐物质
● 没检测到通过氧化还原反应的有铅污染物

    通过前几次的实验发现清洗液温度的升高并没有引起任何方式的铅元素的引入（表3）。
实验4：清洗剂 A ，浓度15％，铅盐含量50mg/l，接触时间5分钟，150°F。

观测结果：
● 溶液轻微浑浊
● 没检测到通过氧化还原反应的有铅污染物
该极端条件（150°F）实验证明了溶液无明显交叉污染途径或铅含量的减少（表4）。
依据这些数据，作者决定在使用在线式清洗的生产线进行最后的机械能实验。使用500块锡铅合金组装板对溶液进行了锡铅含量初始化处理。锡、铅含量分别达到32.1mg/l和6.3mg/l。选取同种清洗剂则是为了更容易和先前收集的客户样品进行比较以及找到它们之间的关联性。
首先要进行可能的氧化还原反应。这里我们选取了不同的工艺参数。先前不同清洗剂浓度的实验已表明浓度对铅或锡的溶解度影响不大。依据客户的经验，这里采用15％的工作浓度。然而，作者认为温度和接触时间也会对铅类物质减少量产生影响。

    所得数据表明清洗液中铅含量没有明显的增加（表5）。比较清洗前的参考数值，所有已得数值均在其观测值内。这表明，清洗后的溶液中不但溶解的铅和锡的数量相对较小，而且（可追踪的）铅含量没有明显降低。在极端的高温应用和较长接触时间等条件下，该结论同样适用。

结论
    作者认为在不改变现行工艺参数的情况下，在同样的清洗工艺中混合进行共晶和无铅焊后助焊剂是确实可行的。作者在该研究中并没有发现铅污染问题，即没有超过RoHS 和WEEE规定的0.1%限值。

    Umut Tosun是Zestron America应用技术经理。Zestron America提供清洗服务和产品，在这个领走在世界前列。
    Tosun负责客户技术支持，其中包括工艺实施和优化。Tosun已经在主要的电子制造刊物发表了许多技术论文。 他是SMTA和 IPC的会员，发表了许多关于无铅清洗和可靠性的论文和研究报告。 Tosun是德国汉堡技术大学化学工程学士和硕士，于2000年加入Zestron America。

    Harald Wack博士是 Zestron America执行副总裁兼行政总监。Wack为电子界的许多刊物提供了技术信息并发表了许多文章。 他在不对称催化剂方面发表了十多篇科学论文 。
Wack在2002年获得Johns Hopkins大学有机化学博士学位。在加入Zestron之前，他在电子界内外担任若干管理职务。


表5 清洗后的谱图，2.5 ft/min 和 1.2 ft/min（走带速度）对比