清洗工藝選擇研究

琚紅云

摘 ? 要：在電子組裝生產(chǎn)的過程中，要經(jīng)過SMT、選擇性波峰焊或者波峰焊、手工修焊、裝配和測(cè)試等多個(gè)工序。每個(gè)工序都會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成不同性質(zhì)的污染。這些污染物質(zhì)在濕熱、煙霧、高溫等的環(huán)境作用下，會(huì)發(fā)生氧化、腐蝕、電遷移等，長(zhǎng)期帶電的產(chǎn)品就會(huì)發(fā)生短路、絕緣下降、使用壽命縮短等現(xiàn)象。如果僅是通過涂敷三防漆來抵抗惡劣環(huán)境的影響是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。控制產(chǎn)品的污染物殘留，提高產(chǎn)品清潔度，才是提高產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的必要手段。文章對(duì)此進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：清洗工藝;PCBA;工藝設(shè)計(jì)

1 ? ?PCBA上的污染的種類

印制電路板組件（Printed Circuit Board Assembly，PCBA）污染物是在各個(gè)工序生產(chǎn)過程中附著在PCBA表面肉眼可見的錫珠、殘膠、油脂、指印等和不可見的助焊劑殘留、粉塵等。這些污染物可以分為極性污染物、非極性污染和粒子污染物。極性污染物包含助焊劑、汗液、焊料殘?jiān)驮骷坝≈齐娐钒澹≒rinted Circuit Board，PCB）的氧化物等。非極性污染物包含焊劑中的松香及樹脂的殘留，膠帶、粘結(jié)劑殘留，皮膚油脂和防氧化劑等。粒子污染物包含塵埃、煙霧、棉絮、錫珠、靜電粒子和PCBA加工時(shí)產(chǎn)生的玻璃纖維等。極性污染物會(huì)造成電遷移、枝晶生長(zhǎng)、元器件的引腳腐蝕，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起電路失效。非極性污染物會(huì)吸附灰塵、靜電粒子，引起導(dǎo)電接觸不良，影響接插件的接觸可靠性，粒子污染物則會(huì)加劇污染的危害。在以上污染物中危害最大的應(yīng)屬極性污染物，也就是通常說的離子污染物。離子污染物的控制對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的控制意義重大。

從元器件、PCBA污染物殘留的控制，到生產(chǎn)中使用的焊膏、焊劑、焊錫絲等選型，再到生產(chǎn)過程中操作人員的工作服、手套等穿戴控制，到最后產(chǎn)品的包裝、轉(zhuǎn)運(yùn)工裝的管理都會(huì)影響到產(chǎn)品污染物含量的高低，最終影響到產(chǎn)品的運(yùn)行可靠性和壽命的長(zhǎng)短。這些生產(chǎn)中的質(zhì)量控制，是非常細(xì)致、周密、嚴(yán)格和系統(tǒng)的，需要投入大量的人力和物力。

2 ? ?清洗工藝的種類

清洗工藝對(duì)解決PCBA上的污染物是非常必要、有效的手段，典型的清洗工藝有溶劑清洗、半水基清洗和水基清洗。溶劑清洗的原理是利用醇類、酮類、含氟類等溶劑的溶解力完成預(yù)洗和漂洗，去除污染物。溶劑型清洗劑揮發(fā)快、溶解能力強(qiáng)、對(duì)設(shè)備要求極低，整個(gè)清洗工藝無廢水處理。溶劑型清洗劑對(duì)環(huán)境有一定的破壞作用，會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)，對(duì)工廠的環(huán)境有一定的影響。

半水基清洗的原理是使用有機(jī)溶劑添加表面活性劑進(jìn)行預(yù)洗，有機(jī)溶劑溶解污染物、表面活性劑提供潤(rùn)濕和乳化功能，防止脫離基材的污染物再次吸附到基材上，去離子水進(jìn)行漂洗。半水基溶劑一般為可燃溶劑，閃電很高、毒性較低，使用上較為安全。清洗后產(chǎn)品需要烘干處理，確保產(chǎn)品中的水汽全部揮發(fā)，避免因濕氣降低產(chǎn)品性能。烘干設(shè)備成本高、占地面積大、能耗大，會(huì)增加生產(chǎn)成本。半水基清洗會(huì)產(chǎn)生廢水，廢水均需要通過廢水處理裝置處理后才能達(dá)到廢水排放要求。

水基清洗的原理是使用去離子水作為清洗的介質(zhì)，在水中添水基型有機(jī)溶劑，破壞污染物和基材之間的鍵合，通過水基清洗劑的潤(rùn)濕、溶解、乳化、皂化、螯合等作用實(shí)現(xiàn)污染物與基材的脫離。水基清洗不僅能去除極性污染物、非極性污染物，還能去除粒子污染物，是今后清洗工藝的發(fā)展方向。水基清洗對(duì)前端的研發(fā)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，對(duì)于器件的防水、密封等要求更嚴(yán)格。對(duì)于PCBA的布局更要考慮清洗的方向，避免“陰影效應(yīng)”造成陰影遮蔽器件無法有效地清洗，水基清洗和半水基清洗同樣有產(chǎn)品烘干和廢水處理問題。

3 ? ?PCBA清洗工藝設(shè)計(jì)

清洗工藝對(duì)研發(fā)設(shè)計(jì)提出了較高的要求。無論是溶劑清洗、半水基清洗，還是水基清洗，都要考慮器件的密封性、耐溶劑性。對(duì)于水基清洗還要考慮器件的耐熱性，器件的這些性能指標(biāo)會(huì)決定清洗工藝的選擇方案。

在研發(fā)設(shè)計(jì)布局時(shí)，器件布局的密度、器件封裝都會(huì)增加清洗工藝的設(shè)計(jì)難度。焊球陣列封裝（Ball Grid Array，BGA）、方形扁平無引腳封裝（Quad Flat No-leadPackage，QFN）等這種引腳隱藏在本體之下的器件，引腳<0.1 mm以下的小型方塊平面封裝（Quad Flat Package，QFP）、無引線陶瓷封裝載體（Leadless Ceramic Chip Carrier，LCCC）、01005以及更小的器件等，這些器件在清洗時(shí)要選擇有較好溶解度的溶劑，但同時(shí)也要考慮易漂洗問題。

研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮布局造成的“陰影效應(yīng)”，高的器件會(huì)遮蔽附近低的器件的清洗效果，甚至?xí)哟笃吹碾y度，反而會(huì)造成二次污染。

對(duì)于清洗工藝的要求是選擇合適的清洗溶劑，高強(qiáng)度的清洗劑能夠徹底清潔板面，也會(huì)造成清洗過度，清洗掉條形碼的油墨、器件上的絲印等，低強(qiáng)度的清洗劑又會(huì)造成清洗浸泡的時(shí)間增長(zhǎng)、降低清洗效率。選擇合適的清洗劑是清洗工藝研究的重點(diǎn)。清洗設(shè)備的選擇也是清洗工藝設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。

4 ? ?清洗工藝的評(píng)價(jià)

業(yè)界內(nèi)最常見的清潔度的檢測(cè)方法是目測(cè)法、離子污染測(cè)試法、離子色譜分析法和表面絕緣阻抗測(cè)試法。目測(cè)法是最實(shí)用、最高效、最便宜的檢測(cè)手段，只需要一臺(tái)10～15倍的光學(xué)顯微鏡，即可隨時(shí)檢測(cè)PCBA的污染物殘留。目測(cè)觀察PCBA基材，器件引腳周圍是否有污染物質(zhì)，通常未清洗的器件引腳周圍包裹著一層松香殘留，基材上會(huì)有油脂、手印等殘留，在10～15倍的光學(xué)顯微鏡觀察下，這些殘留物清晰可辨。通過目檢的方法能直觀地比較清洗前后殘留物的變化。離子污染測(cè)試是檢測(cè)PCBA表面可導(dǎo)電的離子型污染物總量，不區(qū)分離子的總類。IPC-6012中規(guī)定了離子的含量，在阻焊涂層前的光PCBA所有類別的離子含量<1.56 μg/cm2 NaCl等滲當(dāng)量。離子色譜法是采用國(guó)際電子工業(yè)聯(lián)接協(xié)會(huì)IPC-TM-650 2.3.28的方法，可以精確的測(cè)量出PCBA上離子殘留物的種類和數(shù)量。針對(duì)RoHS，測(cè)試重金屬的離子殘留，針對(duì)離子污染，會(huì)測(cè)試鹵素殘留的指標(biāo)。因?yàn)辂u素是造成焊點(diǎn)腐蝕的重要因素。表面絕緣阻抗測(cè)試，采用IPC-9201的方法進(jìn)行測(cè)試，通過測(cè)試清洗前后PCBA的阻抗來比較。

5 ? ?結(jié)語

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展、環(huán)境變化的要求，對(duì)PCBA板面的清潔度的要求會(huì)越來越高。采取合適的清洗工藝，對(duì)降低產(chǎn)品因污染物造成的性能失效意義重大。