電路闆組裝(zhuang)中的清洗問(wèn)題解析
上傳(chuán)時間：2016-6-6 11:12:53 作者：昊(hào)瑞電子
清洗(xǐ)的理由
自實(shí)施蒙利特爾(ěr)議定書後，免(miǎn)洗助焊劑被(bèi)大多數電子(zi)制造廠使用(yong)，電路闆組裝(zhuang)的清洗幾乎(hū)隻在軍工、航(háng)天、醫療等高(gao)可靠性電路(lu)闆上實施。但(dan)是随着電子(zi)産品的小型(xing)化和功能的(de)多樣化，I/O數量(liang)不斷提高，元(yuán)器件間距變(biàn)的越來越微(wēi)小，産品的應(ying)用領域和使(shǐ)用的自然環(huán)境不斷引深(shen)拓展，免清洗(xi)助焊劑的相(xiang)對可靠性受(shòu)到前所未有(you)的挑戰。原因(yīn)是：本來在許(xu)多産品的免(miǎn)清洗制程中(zhong)，難免有部分(fen)助焊劑是沒(mei)有經過制程(chéng)回流焊接時(shí)的回流高溫(wēn)和波峰焊接(jiē)的錫波的高(gao)溫，也就是，助(zhu)焊劑沒有經(jing)過使其能産(chǎn)生聚合反應(yīng)的高溫而還(hái)表現爲合成(cheng)樹脂的特性(xìng)，在潮濕的環(huan)境呈現酸性(xìng)的本質，而對(dui)元器件和PCB的(de)焊點産生腐(fǔ)蝕作用，這就(jiu)是我們爲什(shí)麽總會看到(dào)一些免清洗(xi)産品在放置(zhi)一段時間後(hòu)其連接器PIN針(zhen)或者PCB金手指(zhi)或定位螺絲(si)孔上常常看(kan)到銅綠的原(yuán)因。這些免清(qīng)洗助焊劑往(wang)往是在波峰(feng)焊接時毛細(xì)現象或液體(ti)本身的潤濕(shi)力所作用，跑(pao)到焊錫沒能(néng)觸及的地方(fāng)，還有就是烙(lào)鐵焊錫時使(shǐ)用助焊劑也(yě)難免擴散到(dào)焊點以外的(de)區域。另外，免(miǎn)清洗助焊劑(jì)的殘留物在(zài)潮濕的情況(kuang)下，表面離子(zi)殘留物會形(xing)成樹枝狀結(jié)晶體，而樹枝(zhī)狀結晶體往(wang)往會引起電(diàn)氣遷移造成(cheng)短路，再者在(zai)免清洗助焊(hàn)劑中常常包(bāo)裹着從錫膏(gao)中遊離出來(lai)的錫球，這些(xiē)錫球一般不(bu)經過清洗是(shì)很難清除的(de)，這對于越來(lai)越小的電氣(qi)間距是個麻(má)煩……，上述諸多(duō)因素迫使清(qing)洗的回歸是(shi)一種必然的(de)結果。
清洗的(de)目的
将PCBA的助(zhu)焊劑殘留焊(hàn)膏、錫球、雜質(zhì)、灰塵、油漬等(děng)有害污染清(qing)除；爲消除腐(fǔ)、蝕靜電損害(hài)；提高産品的(de)使用壽命；更(geng)好地滿足客(kè)戶不斷提出(chū)的高質量和(hé)高可靠性的(de)要求……。
傳統清(qing)洗不再适應(yīng)
先來了解一(yi)下傳統的清(qīng)洗方法在清(qīng)洗時的局限(xiàn)性吧，或許有(you)人會問，既然(ran)免清洗助焊(han)劑不可靠了(le)，那是否還是(shì)回歸早先的(de)水溶性助焊(hàn)劑或是溶劑(jì)型助焊劑的(de)使用？回答是(shì)否定的，先不(bú)說清洗成本(běn)的問題，更要(yào)考慮的是可(kě)靠性和環境(jing)保護的問題(tí)。還是先來說(shuō)說環境的問(wen)題吧，傳統的(de)水溶性助焊(hàn)劑的清洗後(hòu)的的大量廢(fei)水排放是個(gè)令人頭痛的(de)問題，必須經(jīng)過廢水處理(lǐ)才能排放，中(zhong)國的環境政(zhèng)策想必大家(jiā)都已經感覺(jiao)到了，而傳統(tǒng)的溶劑清洗(xi)其對環境的(de)影響更是有(you)過之而無不(bu)及，早已經被(bèi)環境法規否(fou)定……。再說清洗(xi)效果的問題(tí)：随着元器件(jiàn)的尺寸微型(xing)化，微型BGA，CSP,QFN等元(yuan)器件的普遍(biàn)使用，微小的(de)元件間距和(hé)元器件與PCB的(de)間隙不斷下(xià)降爲清洗的(de)效果帶來困(kùn)難和麻煩，已(yǐ)經不是傳統(tong)的清洗所能(neng)達到的，而傳(chuán)統清洗型助(zhu)焊劑的殘留(liu)存在是任何(he)産品都不能(néng)接受的，因此(cǐ)一種高效安(an)全的解決方(fang)案變得尤爲(wei)重要和迫切(qie)。
清洗的挑戰(zhàn)
随着電路闆(pan)的元器件密(mi)度的不斷提(tí)高和元器件(jian)的微型化，免(mian)清洗技術顯(xian)得有些乏力(lì)。高密度使得(dé)元器件的間(jiān)距和空間有(you)限，同時産生(sheng)了更大的電(dian)子場。清洗成(chéng)爲一種滿足(zú)最先進技術(shu)的唯一可行(háng)方案，但對于(yú)倒裝芯片﹑QFN﹑Micro BGA 和(hé)小型片式阻(zǔ)容元器件，其(qi)下面的助焊(hàn)劑殘留去除(chú)起來相當的(de)困難；無鉛化(huà)的制程使得(dé)助焊劑要求(qiú)有更高的樹(shù)脂或松香的(de)含量，這樣會(huì)使得助焊劑(ji)在小空間堆(dui)積更爲嚴重(zhong)，使得清洗劑(jì)滲透困難重(zhong)重;再者就是(shì)更高的無鉛(qian)溫度和多次(cì)回流過程使(shǐ)得助焊劑殘(can)留清洗起來(lái)更加困難。綜(zōng)合上述因素(su)，電子組裝産(chan)品的清洗越(yuè)來越不容易(yi)，這就要求有(yǒu)更好的清潔(jie)效果的清洗(xǐ)材料來解決(jué)這些清洗困(kun)難﹑耐清洗産(chǎn)品的清洗難(nan)題，對于清洗(xi)材料和清洗(xǐ)工藝條件無(wu)疑是個挑戰(zhan)，這就要求清(qīng)洗劑要進行(háng)化學方面的(de)創新，清洗設(she)備和清洗工(gong)藝方面也要(yào)不斷改進。
新(xīn)型的清洗劑(ji)
科技的發展(zhǎn)給我們帶來(lái)了更好的解(jiě)決辦法，一
類(lèi)新型的水基(ji)型清洗劑采(cǎi)用剝離的原(yuán)理，使用微相(xiàng)技術把污染(rǎn)物從清洗件(jiàn)表面剔除下(xia)來，再将污染(ran)物轉移至周(zhōu)圍的水相中(zhong)。這種清洗劑(jì)的機理是：經(jīng)過加熱或擾(rao)動（如噴淋等(deng)）形成微相，微(wēi)相剝離污染(rǎn)物，被剝離的(de)污染物又可(ke)輕易地被過(guo)濾出來，這就(jiù)使得清洗液(ye)有很長的壽(shòu)命周期，而且(qie)這類清洗劑(jì)無表面活性(xìng)劑和無固态(tài)物的配方，使(shǐ)得清洗件幹(gan)燥後不會有(you)殘留物。與傳(chuan)統的清潔劑(ji)（表面活性劑(jì)清洗劑）相比(bǐ)有：使用壽命(ming)長——不會因靠(kào)表面活性劑(ji)和污染物的(de)永久結合導(dǎo)緻溶液中的(de)有效成分逐(zhu)漸減少而壽(shou)命縮短，隻要(yao)經過簡單的(de)沉澱和過濾(lü)便可重新利(li)用；清洗後安(an)全可靠——不會(huì)因表面活性(xing)劑在清洗件(jiàn)表面的殘留(liú)而引起可靠(kao)性的擔憂，成(cheng)本低——清洗劑(jì)耐用且不需(xu)要廢液處理(li)的費用……
清洗(xǐ)的工藝問題(ti)
有了新型的(de)清洗劑爲基(ji)礎，清洗工程(cheng)因此變得簡(jian)單多了，可較(jiao)爲輕松的去(qù)實現，爲使清(qing)洗工程更清(qīng)晰化，接下來(lai)就清洗的工(gong)藝問題加以(yǐ)解釋。先來了(le)解 清洗的工(gōng)藝決定要素(su)：a）清洗劑的性(xing)質；b) 清洗設備(bèi)的清潔能力(lì)；c)助焊劑的選(xuan)配；d)基闆材料(liao)與清洗劑的(de)兼容性等。下(xia)面就這幾大(da)工藝要素分(fèn)别加以闡述(shu)，以便對清洗(xǐ)工藝有個較(jiào)爲全面的了(le)解。
a) 清洗劑的(de)性質要求：1.能(néng)與助焊劑殘(can)留物種類相(xiàng)匹配，做到有(yǒu)效地清潔幹(gàn)淨清洗件表(biǎo)面的助焊劑(jì)殘留物，而不(bú)會留下污染(rǎn)，滿足電路闆(pǎn)的清洗要求(qiú)。2.與清洗基闆(pǎn)和元器件材(cái)料兼容能力(li)強，做到達到(dao)清潔幹淨的(de)同時又不會(hui)和基闆或組(zǔ)件的材料發(fā)生反應，留下(xia)不良或疵點(diǎn)。3.能有效滲透(tòu)，表面張力低(dī)，小的表面能(neng)夠使得清洗(xi)劑能夠滲透(tòu)到任何有助(zhu)焊劑殘留的(de)地方，QFN等類型(xing)的元器件的(de)普遍使用，給(gei)清洗劑的可(ke)滲透性提出(chū)了更高的要(yào)求。4.滿足法規(gui)的要求 （---VOC，---BOD/COD/ROHs ）5.穩定(dìng)性好，抗氧化(hua)，溶解性好，不(bu)産生大量泡(pào)沫。6.清洗時清(qīng)潔劑的溶度(dù)合理，其實，一(yi)個優良的清(qīng)洗劑還應具(ju)備清洗時的(de)溶度越低越(yue)好，在一個較(jiao)低的溶度範(fan)圍内能達到(dao)一個理想的(de)效果，這使清(qīng)洗劑的工藝(yi)窗口更寬廣(guǎng)。7.還有就是在(zài)清洗時溫度(du)“适中”，以滿足(zu)大多數清洗(xi)設備的加熱(re)能力要求，合(hé)适的溫度能(neng)增強清洗劑(ji)的清洗能力(lì)。8.是清洗的速(su)度快，能迅速(sù)溶解或剝離(lí)助焊劑殘留(liú)物，達到快速(sù)清洗的結果(guǒ)。
b) 清洗設備的(de)要求：1.能提供(gòng)足以清洗到(dao)位的機械能(néng)，清洗到最爲(wèi)困難敏感的(de)區域，随着現(xian)代電子制造(zào)技術的飛速(su)發展，元件之(zhī)間的間隙不(bú)斷縮小，元件(jian)和基闆的間(jian)隙不斷下降(jiàng)，有的已經到(dao)了2mil以下了，還(hai)有就是無鉛(qiān)制程中的高(gao)溫和高聚合(he)度的助焊劑(jì)殘留，沒有足(zú)夠的機械能(néng)量是無法清(qīng)潔到或清潔(jié)幹淨這些頑(wán)垢的。定向噴(pēn)射時足夠的(de)噴射壓力是(shi)清洗的一個(ge)關鍵點。噴嘴(zui)的設計和噴(pēn)嘴的合理結(jie)構也成爲設(shè)備設計時不(bu)可忽略的考(kao)慮。2.能夠提供(gòng)足以清洗幹(gan)淨的清洗時(shi)間，怎樣才能(neng)有足夠的時(shi)間去清洗某(mǒu)一種有清潔(jié)度要求的産(chan)品，同時又不(bu)會有時間的(de)浪費，除了清(qing)洗實驗測定(dìng)結果後，嚴格(ge)制定清洗的(de)工藝參數外(wài)，在制程中的(de)實時檢測爲(wèi)産品的清潔(jie)度保證和資(zī)源又不至浪(lang)費是一個明(ming)智的手段。3.清(qīng)洗液的溫度(du)控制是清洗(xi)工藝的一個(ge)關鍵點，在清(qīng)洗時清洗劑(jì)的溫度對清(qing)洗效果是直(zhi)接的，前面已(yǐ)經提到加熱(rè)是清洗劑形(xíng)成微相的條(tiao)件，由此可知(zhi)溫度對清洗(xi)效能的重要(yào)，因此控制在(zài)一個合适的(de)溫度範圍内(nei)的清洗是很(hěn)有必要的。4.清(qīng)洗液的濃度(dù)控制也是影(ying)響産品清洗(xi)效果的重中(zhōng)之重，一個精(jīng)确控制的濃(nong)度爲清洗工(gōng)藝的穩定提(ti)供保證，也是(shì)穩定清洗成(chéng)本的關鍵所(suǒ)在。5.幹燥過程(cheng)的自動化的(de)實現使得清(qīng)洗工作變得(dé)簡便。6.滿足各(gè)類清洗劑的(de)要求是設備(bei)的适應性的(de)特點，耐腐蝕(shí)性成爲設備(bèi)使用壽命和(hé)适應範圍的(de)一個重要考(kǎo)慮。7.安全是必(bì)須的。8.強勁、操(cao)作簡便成爲(wei)設備生産者(zhe)爲大批量清(qing)潔工作而不(bu)可缺少的設(she)計。9.清洗劑的(de)循環使用，使(shǐ)得産品的清(qing)洗成本變得(dé)可以接受，怎(zěn)樣才能使清(qing)洗液充分回(hui)收，最大限度(dù)的控制成本(běn)，直接影響到(dào)設備的性價(jià)比。
C) 助焊劑的(de)選擇：或許有(you)人說我們要(yào)選的是清潔(jie)掉助焊劑的(de)清潔劑，爲何(hé)反過來要我(wǒ)們重新去評(píng)估适合清洗(xi)的助焊劑？這(zhè)不是問題複(fu)雜化？其實，清(qīng)洗工程本來(lai)就不簡單，有(yǒu)時少數的助(zhù)焊劑型号難(nan)以選配到有(you)效清潔的清(qing)潔劑，在完全(quan)滿足焊接的(de)前提下，選擇(ze)助焊劑以匹(pi)配清洗劑有(you)時不失爲一(yi)個最爲簡單(dan)和明智的做(zuò)法。有時候針(zhen)對特定的産(chan)品，可選擇的(de)清潔劑不多(duō)，因要達到理(li)想的清洗效(xiao)果而進行助(zhu)焊劑的選擇(ze)的情況也就(jiù)難免會出現(xiàn)，等等。在選擇(zé)助焊劑時我(wo)們要考慮的(de)主要方面：焊(hàn)接是否理想(xiang)，清潔是否徹(chè)底，清洗效率(lǜ)是否夠高，綜(zong)合成本是否(fǒu)最低?
d)基闆材(cái)料與清洗劑(ji)的兼容性，因(yin)爲清潔劑的(de)選擇不隻是(shi)考慮是否能(neng)夠較好地清(qing)潔助焊劑，同(tong)時還要考慮(lü)與基材的兼(jian)容性問題，一(yī)個強勁的清(qing)潔劑是否對(dui)清潔件上的(de)金屬、塑料、黑(hei)色鍍膜、标記(jì)、塗料、标簽、膠(jiāo)黏劑等是否(fou)有腐蝕，産生(sheng)産品疵點？這(zhè)是一個工藝(yi)工程師要認(ren)真評估和慎(shen)重考慮的。
總(zǒng)之，一個好的(de)清洗必須滿(man)足的條件是(shì)：合适的清洗(xǐ)劑，優良的清(qing)洗設備，合理(li)的工藝參數(shù)，經濟的清洗(xi)成本，達到完(wán)美的清潔效(xiao)果……清洗輕松(sōng)實現！
