隱形電流：為何「無清洗」助焊劑正在殺死您的電池壽命

失望的數學

試算表承諾十年。行銷簡報承諾十年。工程驗證測試單元，放在空調實驗室裡，仍然運作良好。然而，在現場——可能是在佛羅里達潮濕的公用設備櫥櫃裡，或是在中大西洋地區的農業感測網絡中——這些裝置卻在六個月內壞掉了。電池沒電了。

當這種情況發生時，本能是責怪能源來源。你拉出日誌，檢查採購訂單，並說服自己分銷商寄來了一批劣質的CR2032。你假設自放電率被誤導，或者溫度降額曲線過於樂觀。

幾乎從來不是電池的問題。來自一級供應商的現代鋰一次電池是非常穩定的化學引擎。如果它們沒電了，不是能量洩漏到空氣中；而是已經輸送給了負載。問題是，這個負載不是你的微控制器或無線電，而是電路板本身。

「無需清洗」助焊劑的謊言

罪魁禍首通常是對「無需清洗」這個詞的誤解。在高速數位電子領域——比如樹莓派或筆記型電腦主板——「無需清洗」助焊劑是一種標準且安全的材料。它留下的殘留物在化學上足夠惰性，不會短路承載安培電流的3.3V電源軌。該殘留物的阻抗可能在兆歐姆級別，對CPU電源來說，這實際上是一個開路。

但你不是在製造筆記型電腦。你在製造一個超低功耗（ULP）裝置，其睡眠電流以納安培計算。在這個領域，「無需清洗」是一種行銷捏造。回流過程留下的助焊劑殘留物由離子活化劑組成——這些酸性物質設計用來腐蝕銅墊上的氧化物，以確保良好的焊點。當電路板從烤箱中取出時，這些殘留物會硬化。但它們並非惰性，而是吸濕性的。它會從空氣中吸取水分。

隨著濕度上升，那層無害的硬殼會變成導電的電解質。我們不是在談死短路，而是在談「軟」短路：一個寄生電阻約在10到50兆歐姆之間。在市電供電的裝置中，這是噪音；但在試圖以500nA睡眠的裝置中，電池端子或電源開關上並聯的20兆歐姆電阻是災難。它會持續不斷地額外消耗150nA，全天24小時，不論韌體狀態如何。這個看不見的漏電就是偷走你九年半電池壽命的元兇。

有一個危險的傾向是試圖用塗覆保護層來修補這個問題。邏輯似乎合理：如果濕氣是觸發因素，就封住電路板。但在未經徹底清洗的電路板上噴塗聚氨酯或丙烯酸並不是解決方案——而是一座墳墓。你只是將離子污染物和環境濕氣困在塗層下。腐蝕會繼續，現在還受到你清潔嘗試的保護，而樹枝狀晶體會在它們的私人溫室中快樂地生長。

看不見的橋樑：濕度與樹枝狀晶體

失效機制很少是靜態的。它隨環境呼吸。這就是為什麼你無法在空調辦公室的工作台上重現它。助焊劑殘留物的導電性是非線性且混沌的；當相對濕度跨越一個閾值時，通常約在60-70%，導電性會激增。

考慮一個智慧計量部署的廣義情況。安裝在氣候控制伺服器室的設備可以永遠使用。相同的設備安裝在戶外機箱中，則在雨季成群失效。在顯微鏡下，有時可以看到物理證據：樹枝狀生長。這些是從陰極向陽極生長的蕨類狀金屬晶體，由助焊劑殘留中的溶解金屬離子提供能量。它們不需要完全橋接間隙就能造成損害。它們只需降低絕緣電阻，足以讓電池漏電。

這種遷移是由電場驅動的。你的佈局越緊湊——0402元件、0.5mm間距的BGA——引腳間的電場強度越高，遷移速度越快。殘留物不需要肉眼可見就可能致命。一層離子污染的單分子層就足以橋接微控制器上的兩個焊盤，使其從深度睡眠中喚醒，或僅僅從VCC到地線漏電。

你的萬用表在騙你

這種失效模式持續存在的部分原因是標準工程工具無法檢測到它。你無法用Fluke 87V診斷50nA的漏電。標準手持萬用表有負載電壓——內部電壓降——會干擾你試圖測量的電路。更糟的是，它們會對電流取平均值。它們無法看到可能脈衝或漂移的漏電的動態特性。

如果你在調試超低功耗電池壽命，必須使用源測量單元（SMU），如Keithley 2450，或者至少使用像Joulescope這樣的專用工具。你需要看到基準線。你需要驗證當你的韌體說“睡眠”時，電流實際上是平穩的。通常，使用合適的儀器，你會看到“爬升”——隨著電路板升溫或殘留物對環境反應，電流在幾分鐘內緩慢上升。如果你依賴標準萬用表讀數“0.00 uA”，你就是盲目操作。

製造命令

你不會在韌體或更大電池中找到解決方案。你必須在組裝廠找到。潔淨度必須被視為設計規範，而非製造細節。

如果你要打造10年壽命的鈕扣電池設備，不能使用標準的“無清洗”工藝。你必須強制要求清洗。不僅僅是浸泡在一桶IPA中——那只會把油脂四處擴散。你需要在線水洗，使用皂化劑，然後用去離子水沖洗，最後烘烤以去除水分。

這將是一場鬥爭。合約製造商（CM）討厭清洗線。它們昂貴，需要維護，且會減慢生產線速度。他們會向你展示助焊劑供應商的數據表，聲稱符合IPC-J-STD-001標準。你必須忽略這些。那些標準是針對一般電子產品，而非處於物理極限的設備。

你必須要求離子色譜測試。你需要證明電路板在化學上是潔淨的，而不僅僅是視覺上潔淨。如果CM拒絕，或試圖向你推銷“更好”的無清洗助焊劑，就離開。正確清洗工藝的成本是每塊板幾分錢。現場更換壞掉設備的車輛成本是數百美元。算一算，然後強制執行清洗。