如何制定軍用印制板組裝件手工清洗工藝方案

趙 萍

（陜西烽火電子股份有限公司，陜西 寶雞 721006）

1 印制電路板組裝件的殘留物及助焊劑的成份及分類

1.1 印制電路板組裝件的殘留物主要來源

印制板組裝件（PCBA）污染物主要由離子（極性）、非離子（非極性）和細微的污物組成。

（1）離子殘留物主要由助焊劑活性劑、殘留電鍍鹽以及指紋殘留的鹽和操作污物等組成。離子狀態(tài)的殘留物增加水的導電性，可能引起電路中信號的變化，開始電遷移，導致導體之間絕緣電阻降低，在濕熱狀態(tài)下還會腐蝕線路。

（2）非極性污染物主要為焊接后焊劑中殘留的非極性污染物，包括松香、樹脂、手汗中的油脂等。從電化學角度來看，這些非離子類的殘留物也會導致產(chǎn)品失效（ECM故障），非離子殘留物才是真正的災難，尤其是在更高的濕度環(huán)境時。

（3）物理顆粒污染物主要有灰塵、反應產(chǎn)物（不溶物）、錫渣、焊料小球等雜質(zhì)。這些物質(zhì)容易違反最小電氣間隙的規(guī)定，并使保護涂層的附著能力降低。

組裝印制電路板污染物會造成印制電路板表面漏電、電化學腐蝕、電遷移（離子在電場作用下通過絕緣層向另一極遷移，而導致絕緣性能下降的現(xiàn)象。特別是高密度、細導線和小型化的印制電路板，最容易在高溫高濕及其腐蝕殘留物存在的情況下，在電場的作用下產(chǎn)生樹枝狀遷移痕跡的現(xiàn)象），從而導致印制電路板性能改變、電子組件性能退化、失效。

1.2 助焊劑的成份及分類

助焊劑一般由活化劑、溶劑、表面活性劑和特殊成分組成。特殊成分包括緩蝕劑、防氧化劑、成膜劑等。松香系列焊劑根據(jù)有無添加劑和化學活性的強弱，被分為非活性化松香、弱活性化松香、活性化松香和超活性化松香4種，美國MIL標準中分別稱為R、RMA、RA、RSA?！禛JB 3243-98電子元器件表面安裝要求》中規(guī)定使用R、RMA型助焊劑。通常情況下，具體助焊劑的選擇決定了要使用特定的清洗溶劑。

2 溶劑型清洗劑的分類

手工清洗采用的都是溶劑型的清洗劑，溶劑類的清洗劑應用濃度都為100%。所有的溶劑通過溶解污染物而起作用，即將其分解成更小的顆粒，通過刷洗或沖洗并將污染物帶入溶液中，使其遠離被清潔的表面。大致分為有機烴類、醇類、氯代烴類、氟代烴類清洗劑。每種溶劑都有它的優(yōu)缺點，而選擇哪種清洗溶劑將主要取決于要被去除的雜質(zhì)的類型和電子組件的材料構成。

（1）有機烴類清洗劑（見表1所示）；

（2）醇類清洗劑（見表2所示）；

（3）氯代烴類清洗劑（見表3所示）；

（4）氟代烴類清洗劑。

氟代烴類（HCFC）屬于ODS（臭氧耗損物質(zhì)）物質(zhì)對臭氧層有破壞作用，一般不推薦使用該類清洗劑。

表1 有機烴類清洗劑優(yōu)缺點

表3 氯代烴類清洗劑優(yōu)缺點

3 選擇手工清洗溶劑從哪幾個方面考慮

目前，清洗劑的選擇是根據(jù)被清洗的污物、生產(chǎn)率、現(xiàn)成的清洗設備，與結構材料的兼容性、成本，涉及環(huán)境的法律法規(guī)。不管選取溶劑類的清洗劑還是水基型的清洗劑都應該關注清洗劑的安全數(shù)據(jù)表（SDS）的相關信息，正規(guī)公司生產(chǎn)的清洗劑都能提供相應的SDS資料，主要成份、理化特性、危害及毒性等信息在安全數(shù)據(jù)表都有描述。

3.1 溶劑的易燃易爆性

溶劑型清洗劑在選擇時，要考慮易燃易爆性和溶劑閃點的高低及操作空間揮發(fā)濃度三者之間的關系，閃點低的溶劑易燃易爆。如果易燃溶劑是在防爆環(huán)境中使用，空氣流通良好，并且不存在火源，易燃型溶劑經(jīng)濟性比較好。如果工作場所不能使用易燃易爆型的，那么只能去選擇非易燃溶劑。

3.2 溶劑的揮發(fā)速度

揮發(fā)快的溶劑在清洗應用中是非常有用的，對非密封器件也不容易造成溶劑殘留，適合于流水線作業(yè)和要求快速清洗的場合。揮發(fā)慢的溶劑只有在較高溫度才能揮發(fā)，需要增設獨立的干燥工序，而那些揮發(fā)慢的溶劑更適合于高溫浸泡清洗工藝。但同時，揮發(fā)性好的溶劑相應VOC（可發(fā)揮性有機碳）值也比較高。

3.3 溶劑的表面張力

凡作用于液體表面,使液體表面積縮小的力，稱為液體表面張力。表面張力越低，材料濕潤表面的能力就越強。當表面張力很高時，液體會聚集在一起形成液滴。一般來說，溶劑型清洗劑比水基型清洗劑的表面張力更低，能夠滲透到密閉的區(qū)域，去清除污染物見圖1。

圖1 表面張力大小的對比

3.4 溶劑型清洗劑的毒性及環(huán)境影響

對環(huán)境的影響需考慮以下幾個方面：臭氧消耗是含氯氟烴（CFC）（如氟利昂）和氫氯氟烴（HCFC），具有高全球變暖潛能（GWP）的溶劑；揮發(fā)性有機化合物（VOC）影響操作工人的職業(yè)健康（致癌性）。

4 手工清洗的工藝方法

手工清洗方法有以下三種方式。

4.1 PCBA浸泡有機溶劑后用防靜電刷子刷洗法

這種方式是適合PCBA在還沒有做三防涂覆前焊點數(shù)量比較多的手工清洗（見圖2所示）。需要注意的是浸泡手工刷洗需要進行二次漂洗工序，否則溶解后的污染物容易殘留在PCBA上。

這種清洗方式更適合傳統(tǒng)器件手工焊接后的清洗，對于有低引腳間距器件，底部焊盤器件（BGA、QFN等），采用手工刷洗很難清洗干凈底部殘留助焊劑。

圖2 手工浸泡刷洗

4.2 擦拭焊點法

用無紡布或棉簽蘸酒精并扭干后擦凈焊點松香焊劑見圖3所示。這種清洗方式和4.3清洗方式適合返工返修類產(chǎn)品的清洗。

圖3 手工擦拭清洗

4.3 用帶延長導管的噴霧罐進行清洗法

這種方式的好處是清洗有一定的壓力，對于有低引腳間距器件，底部焊盤器件（BGA、QFN等）焊點的清洗比起前兩種清洗方法更有效見圖4。

圖4 噴霧罐清洗

5 幾種手工清洗劑的對比

5.1 幾種溶劑型清洗劑的特性

根據(jù)溶劑型清洗劑的分類，選取了以下幾種溶劑型清洗劑。幾種試驗溶劑的應用濃度都在100%，其特性見表4所示，特性數(shù)據(jù)依據(jù)的是生產(chǎn)商提供的SDC數(shù)據(jù)表。

5.2 幾種溶劑型清洗劑的材料兼容性

作為制定產(chǎn)品手工清洗方案，應該根據(jù)本公司產(chǎn)品上的材料，先做清洗電子部件的材料兼容性試驗。考慮的材料因素有電路板、表面處理、元器件、金屬合金、粘合劑的粘接強度、部件標識、塑料、組裝時材料的組合和配置的影響。此次兼容性試驗是根據(jù)目前PCBA組裝件上的材料進行的大致分類和部分材料的試驗，結果見表5所示。

5.3 幾種溶劑型清洗劑的清洗試驗

清洗的試驗結果如表6所示，分別選取銦泰Sn63Pb37/-325+500/NC-SMQ92J焊膏（回流焊）及免清洗錫絲TLSW901-HB（手工焊）通過回流焊、手工焊兩種不同的方式焊接裝配成印制電路板組裝件。每種類型清洗劑按5塊相同試樣測試取平均值。清洗方法見表6，目測檢驗和離子污染度測試標準參照《GJB 5807-2006軍用印制板組裝件焊后清洗要求》。

6 結論

根據(jù)前面論述，目前沒有單一的一種溶劑或工藝方法可以適用于所有的清洗工藝應用。也沒有一種溶劑既滿足高閃點，易揮發(fā)，低毒性，又滿足助焊劑的清洗能力強，符合環(huán)境要求，經(jīng)濟性好的溶劑清洗劑。所以在制定手工清洗工藝方案時要結合本企業(yè)實際情況，考慮電子組件上材料的兼容性、經(jīng)濟性、清洗效果、環(huán)保等要求，選擇相適應的溶劑和清洗方法，重點是材料兼容性和清洗效果。綜上所述，提出以下具體的工藝方案。

表4 幾種溶劑型清洗劑的特性

6.1 批量性的流水線上的組件手工清洗

批量性的流水線上的印制電路板組裝件（未做三防涂覆）的手工清洗，應采用浸泡溶劑手工刷洗的清洗方式。

批量手工清洗方案重點是必需進行二次漂洗，案例見表7所示。

表5 幾種溶劑型清洗劑的材料兼容性試驗結果

表6 幾種溶劑型清洗劑的清洗試驗結果

表7 批量手工清洗方案

6.2 返工、維修和修復過程中的手工清洗

返工、維修和修復過程中的手工清洗，PCBA已做三防涂覆。敷形涂覆的組件，用粘合劑固定的元器件，應用到組件的標記和標簽等，這些都需要考慮。

對于電路板組件的返工、維修、修改的相關清洗操作中的細節(jié)變得越來越重要。大部分的電子組件到此制程階段，已經(jīng)達到了最高功能及最大價值。使用粗劣的方法和不當?shù)墓に嚪椒安牧线M行清洗，可能會導致報廢高價值的電子組件。返工返修類用噴霧罐噴淋的方式并用無紡布擦拭干凈，不能拿毛刷來回刷洗焊點，棉簽也不適合擦拭焊點。特別需要注意清洗溶劑對三防漆的兼容性問題。返工、維修和修復清洗應用工藝方法是用帶延長導管的噴霧罐進行噴淋，然后用浸泡過溶劑的干凈無紡布在清洗區(qū)域擦拭干凈，案例見表8。

表8 返工返修清洗案例