没有人比你更了解自己的电路板，所以现在应该由组装厂自己尽职进行清洁度测试，并停止依赖外部机构确定其电路板所需达到的清洁度。——Eric Camden
Nolan Johnson：能否简要介绍您的背景以及您工作的公司？
Eric·Camden：我是Foresite的首席调查员。Foresite位于印第安纳州Kokomo市，是一家元件封装到组装失效分析和可靠性测试实验室。我在Foresite已经工作了21年，大部分时间是在研究PCB及组装失效，分析其工艺，并到现场查看设备和工艺参数，提出优化。我投入了很多精力来通过失效分析提高客户的可靠性。
Johnson：现在最紧迫引起关注的问题是什么？
Camden：过去几年涉及化学、残留物，及类似失效类型分析项目，目前，业界对小型化的关注逐步上升，并超过了可靠性要求。清洁度仍然是个大问题，推动了Foresite发展方向。IPC标准发生变化，对J-STD-001中的清洁度要求做出了更改——去除了ROSE测试中1.56可接受目标值，由组装厂的客观证据取代。WP-019解释了Rhino团队是如何得出这些结论的，以及应该采取何种措施，而不是接受1.56这个历史数据。未来，清洁度和可靠性都很重要，我认为这点不会很快改变。如果把小型化作为优先考虑的事项，只会使问题更加复杂。
Johnson：你刚才提到IPC标准已取消了ROSE测试要求，从你的角度看，具体情况是什么？
Camden：从表面上看，很简单。美国国防部在20世纪70年代开发了ROSE测试仪，但其宗旨并不是为验收标准。想想那时使用的材料和元件，当这个决定合格/不合格的数据放在一起，并被许多制造部门普遍接受时，当时的电路板全部采用松香助焊剂，需要采用氟利昂清洗去除。然而没有一项20世纪70年代标准发布时的技术能真正生存到现在。
随着小型化的不断发展，现场正常运行的电路板只允许出现较少的离子，必须有一个更好的方法来确定具体电路板需要什么样的测试。业界开始意识到，并非所有的电路板都是一样的。我们有失效数据表明每块电路板都是特有的。一旦行业决定1.56数据真的不再适用，那么就要从标准中去除这个要求。实际情况是，很多公司左手拿着一份报告，上面写着产品已经达到了一定的标准要求，右手却拿着该产品的失效分析报告。
足够多的案例证明，ROSE是无效的测试方法。IPC的Rhino团队给予组装厂决定权——由产品的终端使用环境决定做何种测试。达到什么要求才足够清洁，这是无解的老问题，取决于产品的终端使用环境。行业逐渐接受此观点，必须停止依赖外部机构来确定其电路板所需达到的清洁度。现在IPC支持这个理
念——需要公司自己确定电路板洁净度。我认为这是彻底改变J-STD-001第8章的动力。现在，它更像是一个指南，这就是我们如何得出电路板足够洁净结论的方式。
Johnson：如果行业对清洁度的理念和要求正在改变，如果我们正进入清洁度变得越来越重要的时期，那么组装厂的驱动力是什么？
Camden：驱动力是建议他们进行客观证据测试。对于任何将要验收的新产品（如果根据IPC标准验收）表面绝缘电阻将是先决条件。表面绝缘电阻确实是行业已经达成一致意见的测试，这是理所当然的。有几种不同的方法可以测试表面绝缘电阻，遵循IPC-TM-650测试方法。IPC推荐SIR，可以用公司自己的ROSE测试法来完成测试。如果通过SIR获得了一批可接受的电路板，那么就要在同一时间内用相同的材料进行制造，并根据它们的设备进行ROSE测试，以确定这些电路板的具体数据。
20世纪90年代中期的一篇论文显示，1号、2号、3号ROSE测试仪分别测试3块不同的电路板会得到不同的结果。对于每个CM来说，使用他们的设备测试他们的电路板，并能得到可重复的数据真的变得更为重要。不管是每平方英寸1微克还是每平方英寸100微克，都是他们的设备在他们的环境中测量所得的数据。SIR驱动数据表明，“该工艺中的这些材料应该适用于我们的产品”。
再加上一些额外的ROSE测试或者更高阶的离子色谱测试，来确定电路板清洁度，为监控制程创建了基准。不是说不能使用ROSE测试仪，只是说需要更好的数据来确定可接受标准，而不再采用1.56这个过时的标准要求。仍然可以对制程监控进行相同的测试，但现在需要更好的客观数据。
Johnson：可靠性的最终测试是现场失效率，其反映了组装厂的生产能力。
Camden：当然。在很多方面，现场失效率就等同于企业声誉和最低标准。
Johnson：现在把更多的决策权交给了组装厂。一般的组装厂是否具备这方面的专业知识？
Camden：一级企业具备。但根据我的经验，绝大多数与我们合作的CM都意识到了，并且正在确定新标准要求。他们对这种新的客观证据思维理念一直持积极态度。
Dan Feinberg：Eric，最近在现场失效率方面，电气故障和机械故障有什么不同？似乎有更多的便携式电路设备，更容易受到跌落冲击等机械问题的影响。你认为有什么发展趋势？
Camden：首先，更多的是电气失效，特别是漏电路径时。当我们谈论长期故障和各种终端使用环境中的失效时，主要是指电气失效。如果CM知道该设备将是便携式的，就会努力使产品更稳定。他们正在改变清洗PCB的方式。
在美国看不到很多量产产品，因为更换比排除故障成本更低，我想说移动便携设备上仍然存在相当多电路失效，但我未发现机械失效的增加。
Johnson：Eric，你看到哪些业务领域的业务有所好转？
Camden：由于失效分析所要求的方法导致可能没有进行失效分析。最近发现有多了很多灌封的组件，我认为行业正在测试灌封组件，而不是仅仅由于没有元件而视其为“没有发现问题”。我认为存在很多问题，人们担心无法获得BGA，或者他们正在调整任何可能被认为是失效的产品。
去除这些部件的灌封需要长时间的化学暴露，非常耗时，且成本相当高。由于目前很难获得元件，与以前相比，人们需要做更多的失效分析，以更大规模地阻止任何失效。元件稀缺性成为真正的挑战，可能要对以前报废的部件进行失效分析。
Johnson：是不是打算修复失效的元件，然后再把它作为替换部件，放回现场使用？
Camden：有两重目的。首先，我认为这只是为了找出失效的根本原因，找出工艺中是否有可以被更改或优化的环节。一旦找到失效的根本原因，就可以更改参数。其次，一旦我们已经去除部件的灌封，如果没有对它造成任何机械损伤，就可作为替换部件。
Johnson：这似乎与汽车行业所需的采购元件数量的增加相配合。如果从这个角度考虑，这个额外的失效分析工作就有意义了。
Camden：当然。任何时候，在第一时间阻止失效的发生，通常都是值得投资的。
Barry·Matties：我们会看更多的部件被回收利用吗？
Camden：我知道Bob Wettermann在《SMT007 Magazine》杂志上开办了“抢救元件”专栏。我认为将有更多的回收部件，我们已经收到某些客户的请求，需要验证这些拆除部件的清洁度。现在元件回用尚少，但随着芯片短缺持续时间越长，就有越多的公司回收元件。
Matties：不管怎样，短缺似乎还要持续几年。
Camden：是的。供给远远落后于需求，似乎要花一年时间才能满足需求，再花一年时间才能恢复到平衡状态。
Happy Holden：在疫情之前，供应似乎还不错，只是在一年半之后，突然出现了短缺。
Johnson：在提高可靠性方面，工厂最常见的挑战是什么？
Camden：如何排除内部工艺中的故障。不能用ROSE测试仪检测清洁度的微小变化，必须做局部提取、离子色谱、对通电产品做测试。我们经常看到客户通过SIR认证B-52附连板，甚至会做596小时的电化学迁移测试，以及其他扩展测试。然后尝试将相同的配方和所有材料应用到实际产品中，这显然将是完全不同的元件、厚度的组合。在完成鉴定过程后对该工艺进行微调可能会带来一些麻烦，这是因为他们使用的是ROSE测试仪，不能检测到小的污染区域，也不能确定哪些元件由于热量或其他原因难以回流，无法对该失效区域的工艺进行微调。
我认为CM仍然很难将认证转移到实际产品上，因为各种产品太不一样了。
Johnson：你们有能力做到这一点吗？
Camden：是的。还有人工流失问题。经理们裁掉了PCB生产线上的长期员工。这些员工把系统的经验知识带走，就真的彻底消失了。很多人从一家公司跳槽到另一家公司，把经验知识带走，留下一片空白。
Johnson：清洁度问题将以多种方式影响可靠性和生产质量，能给我们列举几种影响方式吗？
Camden：是的。这是我们的专长之一。构建组件时，有太多导致污染的机会，清洁可保证现场操作的可靠性，非常重要。
首先是漏电；我们所做的测试中大概有一半是“找不到失效所在点”的情况。比如有10块PCB被发往亚利桑那州，从来没有出现过问题，但另外10块PCB被发往佛罗里达州，每块板都失效了。在终端使用环境中，空气湿度是一个非常关键的参数，在制造电路板时，就需要了解电路板需要达到的洁净度，以及所允许的残留物含量。
有时电路板上的冷凝水珠会导致其失效。比如当电路板发生失效后被寄回制造商，制造商收到后检查，却发现它没有失效。原因为何？我们发现，电路板正处于失效边缘。漏电导致间歇失效。我们可以做一些测试来确定到底是什么导致了漏电。
问题根源在于漏电，如果允许它在通/断电流的情况下继续工作，就会长出枝晶，出现一个很难判断的失效，但我们仍能发现；但真正不容易发现的是漏电路径出现于三防漆下。在涂覆三防漆之前，电路板吸收了水分，导致失效。有很多不同的方式会使电路板因污染而失效，通常最终会导致漏电、电气过载等问题。
Johnson：Eric，这是目前清洗技术的缺点吗？
Camden：技术很好。这只是每个CM的问题——操作员首先要知道如何建立良好的清洗工艺，了解如何设置设备，所需要的温度，传送带速度，以及如何优化清洗工艺；然后使用不同的测试方法验证，包括标准的老化类测试，将通电产品放在环境室中，检查清洗效果。
市场不乏清洁化学药品或设备。这是经验丰富的操作人员和工程师设置清洗参数的问题，给自己最好的机会，尽可能地与用所选的一组材料达到最佳的清洗效果。只要对这些工艺设置参数稍加调整，就会对清洁度产生巨大影响。
不管是在建立真正的免洗工艺，还是需要清洗，都要了解如何达到所设定的清洁度要求。
Johnson：如何获得清洁PCB所需的专业知识？
Camden：就像我的孩子学骑自行车一样，只要坚持做。就算摔倒了，受了伤，仍要继续向前。如果足够幸运，工厂里会有导师。除此之外，网上还有大量关于如何清洗电路板的文章和视频，还可以加入SMTA和IPC这样的行业组织。
很多人都是在做错事之后才能收获经验，而且这种经验的获取成本可能相当高；历经千锤百炼方可成功。有很多不同的方法可以做到这一点，这取决于他们想投入多少努力。
Johnson：为了提高可靠性，组装厂现在需要了解什么？
Camden：他们需要了解清洁度对整个组装过程都很重要。他们需要了解质量部门是他们永远不应该削减开支的部门。要了解电路板在发运前的最后一个地方需要有多干净，需要了解如何测量和监控板子的洁净度，必须了解如何做所有的基本工作。正如我所说，J-WP-019标准是一个非常好的参考，通过这份指南，他们可了解如何为产品设定清洁度要求。没有人比你更了解你的电路板，所以需要自己做清洁度测试。
我从来都不提倡一刀切。即使失效分析实验室可以提供适用于大多数客户的建议限值，但我从来没有说过这些数据绝对适用于某一块电路板。我们说，“该要求应该对你有效，但必须做一些测试来确定它是否有效。”每个合同制造商都赞同这个观点，现在他们正在努力确定如何最好地达到这个目标，遵循新的IPC指南。合同制造商不会出于善意而遵循 IPC 标准； 这些标准是在某处的合同中提出的。 大型 CM 肯定与 IPC 合作，但他们只遵循这些准则，因为他们的客户要求他们这样做。
Johnson：你预计在未来三到五年内，组装厂环境的可靠性会发生变化吗？
Camden：我认为组装厂将会具备更好的内部测试能力来测试通电产品。我认为会进行更多的测试，并且在一个环境测试箱中测试更大的批次，确定其质量和可靠性。
我认为将有更好的方法用于鉴定通电产品，而不仅仅是测试PCB。很多客户已经开始了资格鉴定测试，在测试第一批通电产品后，他们会说，“这与我们在测试板上所做的测试相比如何？”他们会有一种思维，即更彻底地使用鉴定后样品的数据来查看通电产品。
Holden：Eric，随着越来越多底部端子元件的出现，底部距离微乎其微的。当行业走向更多的晶圆级封装和这种小型化时，特别是底部距离越来越小时，是否有可能造成更多的污染或清洁度问题？在过去，所有的部件都是开放的，很容易接近，但是Z轴方向的小型化确实很普遍，特别是对于这种底部端子元件，很多合同制造商都在谈论空洞问题。一方面，只能用X光来检查，另一方面，在所有端子之间，是否还有气体？
Camden：对。在这个行业中没有其他的元件比QFN具有更多的失效。有一个4mil的钢板，可以打印一个QFN，当完成大型散热接地盘焊接时，底部距离有时可低至0.5mil（我们做了剖面，显示确实仅为0.5mil）。现在，如果采用免清洗工艺，应该如何排出气体？元件不能像想象的那样100%可靠地排出气体。
免洗助焊剂的松香或树脂成分混合在一起，它们只在引线和接地焊盘周围保持活性。采用同样的QFN试图从元件下方清洗掉所有的残留物，同样的底部距离在元件边缘形成了一个水坝。如果幸运的话，会从QFN外缘到中间清理出15%~20%的气体，这也暴露了助焊剂中任何活性组成成分在当时应该是被排放的。
实际上移除的是污染物的阻挡带，免洗焊剂残留物被部分清洗会导致很多问题。它基本上暴露了所有的活性污染物，这些污染物原本是黏附在外壳内的。很难清洗或适当排出QFN下的免洗助焊剂残留物，会引发失效。对此，解决此类问题的研发速度不会放缓。QFN和微BGA，以及任何底部端子元件，这是一类非常难清洗的元件，都有出现失效的可能性。考虑暴露在皂化和去离子水中的时间和方式，必须注意清洗剂如何进入元件下方，传输带速度会产生什么影响，以确保彻底清洗元件和焊盘。
QFN对行业来仍然是巨大的挑战，我不知道答案是什么。为了更好地排出并清洗免洗活化剂，底部需要3~5mil的距离。焊盘内增加导通孔，可增加底部距离；也可为接地焊盘设计窗格，以增加底部距离。有几家QFN制造商已经使用该方法。我认为应该有更好的QFN设计，将距离增加到4mil。QFN和所有底部端子元件仍是相当大一部分失效的主要原因。
Holden：由于芯片级封装和晶圆级封装越来越密集，焊料球越来越小，意味着越来越少的补偿，这一问题越来越严重。尤其IBM近日宣布在最新的一套晶圆上采用2纳米几何结构。所有这些都将导致更多的接地I/O，间距也因此而越来越小。
Camden：完全正确。他们必须对清洁度、清洗或其他方面进行额外的审查，这是一种权衡。他们必须更加注重可靠性。间距越小，允许的污染物量就越小。随着电压的升高，这也会起到一定的作用。清洁度始终都很重要，，当小型化尤其是Z轴高度发展到目前的水平时，它就更重要了。
Johnson：Eric，我知道我对这个问题过于简单化了，但是免洗焊膏、免洗助焊剂过时了吗？
Camden：不，它是合同制造商的首选。正如我前面提到的，很多失效与部分清洗免洗助焊剂而去除外围壳有关。部分免洗助焊剂对组件的危害与清洗工艺后留下的水溶性助焊剂一样。裸露的活性助焊剂残留物吸湿性强，短时间内，有足够的水分和电压形成漏电路径。
免洗绝对是未来或过去10年的浪潮，它将继续主导除特定行业以外的领域。国防领域仍然使用水溶性助焊剂，并进行清洗；航空航天领域采用水溶性的清洗剂来清洗部件。人们正在艰难地认识到事实并非如此，这可以追溯到QFN的清洗工艺，大部分局部清洗失效的元件，是因为清洗很难渗透到元件底部。
我认为，如果计划清洗，就采用水溶性助焊剂。清洗免洗助焊剂要容易得多，不要试图通过两分钟的清洗工艺来分解松香或树脂材料。
Matties：需求量仍然很大，这是肯定的。感谢您接受采访，与读者分享观点。
Camden：我很荣幸，能对行业有所帮助。
