電路闆(pan)組裝中的清洗(xǐ)問題解析
上傳(chuan)時間：2016-6-6 11:12:53 作者：昊瑞(ruì)電子
清洗的理(li)由
自實施蒙利(li)特爾議定書後(hou)，免洗助焊劑被(bei)大多數電子制(zhi)造廠使用，電路(lù)闆組裝的清洗(xǐ)幾乎隻在軍工(gong)、航天、醫療等高(gāo)可靠性電路闆(pǎn)上實施。但是随(sui)着電子産品的(de)小型化和功能(neng)的多樣化，I/O數量(liàng)不斷提高，元器(qì)件間距變的越(yue)來越微小，産品(pin)的應用領域和(hé)使用的自然環(huán)境不斷引深拓(tuò)展，免清洗助焊(han)劑的相對可靠(kao)性受到前所未(wei)有的挑戰。原因(yin)是：本來在許多(duō)産品的免清洗(xi)制程中，難免有(yǒu)部分助焊劑是(shi)沒有經過制程(chéng)回流焊接時的(de)回流高溫和波(bō)峰焊接的錫波(bo)的高溫，也就是(shì)，助焊劑沒有經(jīng)過使其能産生(sheng)聚合反應的高(gao)溫而還表現爲(wei)合成樹脂的特(tè)性，在潮濕的環(huán)境呈現酸性的(de)本質，而對元器(qì)件和PCB的焊點産(chan)生腐蝕作用，這(zhe)就是我們爲什(shi)麽總會看到一(yi)些免清洗産品(pin)在放置一段時(shí)間後其連接器(qì)PIN針或者PCB金手指(zhǐ)或定位螺絲孔(kǒng)上常常看到銅(tong)綠的原因。這些(xie)免清洗助焊劑(jì)往往是在波峰(feng)焊接時毛細現(xiàn)象或液體本身(shen)的潤濕力所作(zuo)用，跑到焊錫沒(mei)能觸及的地方(fāng)，還有就是烙鐵(tiě)焊錫時使用助(zhù)焊劑也難免擴(kuò)散到焊點以外(wài)的區域。另外，免(mian)清洗助焊劑的(de)殘留物在潮濕(shī)的情況下，表面(miàn)離子殘留物會(hui)形成樹枝狀結(jie)晶體，而樹枝狀(zhuàng)結晶體往往會(huì)引起電氣遷移(yi)造成短路，再者(zhe)在免清洗助焊(han)劑中常常包裹(guǒ)着從錫膏中遊(yóu)離出來的錫球(qiu)，這些錫球一般(bān)不經過清洗是(shì)很難清除的，這(zhè)對于越來越小(xiao)的電氣間距是(shì)個麻煩……，上述諸(zhū)多因素迫使清(qīng)洗的回歸是一(yi)種必然的結果(guǒ)。
清洗的目的
将(jiāng)PCBA的助焊劑殘留(liu)焊膏、錫球、雜質(zhì)、灰塵、油漬等有(yǒu)害污染清除；爲(wèi)消除腐、蝕靜電(dian)損害；提高産品(pin)的使用壽命；更(gèng)好地滿足客戶(hù)不斷提出的高(gao)質量和高可靠(kao)性的要求……。
傳統(tǒng)清洗不再适應(ying)
先來了解一下(xia)傳統的清洗方(fang)法在清洗時的(de)局限性吧，或許(xǔ)有人會問，既然(ran)免清洗助焊劑(ji)不可靠了，那是(shì)否還是回歸早(zǎo)先的水溶性助(zhu)焊劑或是溶劑(jì)型助焊劑的使(shi)用？回答是否定(ding)的，先不說清洗(xǐ)成本的問題，更(geng)要考慮的是可(ke)靠性和環境保(bao)護的問題。還是(shì)先來說說環境(jing)的問題吧，傳統(tong)的水溶性助焊(hàn)劑的清洗後的(de)的大量廢水排(pai)放是個令人頭(tou)痛的問題，必須(xū)經過廢水處理(lǐ)才能排放，中國(guó)的環境政策想(xiǎng)必大家都已經(jing)感覺到了，而傳(chuan)統的溶劑清洗(xǐ)其對環境的影(ying)響更是有過之(zhī)而無不及，早已(yi)經被環境法規(guī)否定……。再說清洗(xi)效果的問題：随(suí)着元器件的尺(chi)寸微型化，微型(xing)BGA，CSP,QFN等元器件的普(pu)遍使用，微小的(de)元件間距和元(yuan)器件與PCB的間隙(xi)不斷下降爲清(qīng)洗的效果帶來(lái)困難和麻煩，已(yi)經不是傳統的(de)清洗所能達到(dao)的，而傳統清洗(xǐ)型助焊劑的殘(cán)留存在是任何(hé)産品都不能接(jie)受的，因此一種(zhong)高效安全的解(jie)決方案變得尤(you)爲重要和迫切(qiē)。
清洗的挑戰
随(sui)着電路闆的元(yuán)器件密度的不(bú)斷提高和元器(qì)件的微型化，免(mian)清洗技術顯得(dé)有些乏力。高密(mi)度使得元器件(jian)的間距和空間(jian)有限，同時産生(shēng)了更大的電子(zǐ)場。清洗成爲一(yī)種滿足最先進(jin)技術的唯一可(ke)行方案，但對于(yu)倒裝芯片﹑QFN﹑Micro BGA 和小(xiǎo)型片式阻容元(yuan)器件，其下面的(de)助焊劑殘留去(qu)除起來相當的(de)困難；無鉛化的(de)制程使得助焊(han)劑要求有更高(gao)的樹脂或松香(xiang)的含量，這樣會(hui)使得助焊劑在(zài)小空間堆積更(gèng)爲嚴重，使得清(qing)洗劑滲透困難(nán)重重;再者就是(shì)更高的無鉛溫(wen)度和多次回流(liu)過程使得助焊(hàn)劑殘留清洗起(qǐ)來更加困難。綜(zong)合上述因素，電(diàn)子組裝産品的(de)清洗越來越不(bu)容易，這就要求(qiú)有更好的清潔(jié)效果的清洗材(cai)料來解決這些(xiē)清洗困難﹑耐清(qing)洗産品的清洗(xi)難題，對于清洗(xi)材料和清洗工(gong)藝條件無疑是(shì)個挑戰，這就要(yào)求清洗劑要進(jìn)行化學方面的(de)創新，清洗設備(bèi)和清洗工藝方(fang)面也要不斷改(gǎi)進。
新型的清洗(xi)劑
科技的發展(zhǎn)給我們帶來了(le)更好的解決辦(ban)法，一
類新型的(de)水基型清洗劑(jì)采用剝離的原(yuán)理，使用微相技(jì)術把污染物從(cong)清洗件表面剔(ti)除下來，再将污(wū)染物轉移至周(zhou)圍的水相中。這(zhè)種清洗劑的機(ji)理是：經過加熱(re)或擾動（如噴淋(lin)等）形成微相，微(wēi)相剝離污染物(wu)，被剝離的污染(rǎn)物又可輕易地(di)被過濾出來，這(zhe)就使得清洗液(yè)有很長的壽命(mìng)周期，而且這類(lèi)清洗劑無表面(mian)活性劑和無固(gù)态物的配方，使(shǐ)得清洗件幹燥(zào)後不會有殘留(liú)物。與傳統的清(qing)潔劑（表面活性(xing)劑清洗劑）相比(bi)有：使用壽命長(zhǎng)——不會因靠表面(mian)活性劑和污染(ran)物的永久結合(he)導緻溶液中的(de)有效成分逐漸(jiàn)減少而壽命縮(suō)短，隻要經過簡(jiǎn)單的沉澱和過(guo)濾便可重新利(li)用；清洗後安全(quan)可靠——不會因表(biǎo)面活性劑在清(qing)洗件表面的殘(cán)留而引起可靠(kào)性的擔憂，成本(ben)低——清洗劑耐用(yòng)且不需要廢液(ye)處理的費用……
清(qīng)洗的工藝問題(ti)
有了新型的清(qing)洗劑爲基礎，清(qīng)洗工程因此變(biàn)得簡單多了，可(kě)較爲輕松的去(qu)實現，爲使清洗(xi)工程更清晰化(huà)，接下來就清洗(xǐ)的工藝問題加(jiā)以解釋。先來了(le)解 清洗的工藝(yì)決定要素：a）清洗(xǐ)劑的性質；b) 清洗(xi)設備的清潔能(neng)力；c)助焊劑的選(xuan)配；d)基闆材料與(yu)清洗劑的兼容(rong)性等。下面就這(zhè)幾大工藝要素(sù)分别加以闡述(shù)，以便對清洗工(gong)藝有個較爲全(quan)面的了解。
a) 清洗(xi)劑的性質要求(qiu)：1.能與助焊劑殘(cán)留物種類相匹(pǐ)配，做到有效地(di)清潔幹淨清洗(xi)件表面的助焊(hàn)劑殘留物，而不(bu)會留下污染，滿(man)足電路闆的清(qing)洗要求。2.與清洗(xi)基闆和元器件(jian)材料兼容能力(lì)強，做到達到清(qīng)潔幹淨的同時(shí)又不會和基闆(pǎn)或組件的材料(liao)發生反應，留下(xia)不良或疵點。3.能(néng)有效滲透，表面(miàn)張力低，小的表(biǎo)面能夠使得清(qing)洗劑能夠滲透(tou)到任何有助焊(hàn)劑殘留的地方(fang)，QFN等類型的元器(qì)件的普遍使用(yòng)，給清洗劑的可(kě)滲透性提出了(le)更高的要求。4.滿(man)足法規的要求(qiu) （---VOC，---BOD/COD/ROHs ）5.穩定性好，抗氧(yǎng)化，溶解性好，不(bú)産生大量泡沫(mò)。6.清洗時清潔劑(jì)的溶度合理，其(qi)實，一個優良的(de)清洗劑還應具(ju)備清洗時的溶(róng)度越低越好，在(zài)一個較低的溶(róng)度範圍内能達(da)到一個理想的(de)效果，這使清洗(xǐ)劑的工藝窗口(kǒu)更寬廣。7.還有就(jiu)是在清洗時溫(wen)度“适中”，以滿足(zu)大多數清洗設(shè)備的加熱能力(lì)要求，合适的溫(wen)度能增強清洗(xi)劑的清洗能力(li)。8.是清洗的速度(du)快，能迅速溶解(jiě)或剝離助焊劑(ji)殘留物，達到快(kuài)速清洗的結果(guo)。
b) 清洗設備的要(yào)求：1.能提供足以(yi)清洗到位的機(ji)械能，清洗到最(zui)爲困難敏感的(de)區域，随着現代(dài)電子制造技術(shù)的飛速發展，元(yuán)件之間的間隙(xi)不斷縮小，元件(jian)和基闆的間隙(xi)不斷下降，有的(de)已經到了2mil以下(xià)了，還有就是無(wu)鉛制程中的高(gāo)溫和高聚合度(du)的助焊劑殘留(liu)，沒有足夠的機(jī)械能量是無法(fǎ)清潔到或清潔(jié)幹淨這些頑垢(gou)的。定向噴射時(shí)足夠的噴射壓(ya)力是清洗的一(yi)個關鍵點。噴嘴(zuǐ)的設計和噴嘴(zui)的合理結構也(ye)成爲設備設計(jì)時不可忽略的(de)考慮。2.能夠提供(gong)足以清洗幹淨(jìng)的清洗時間，怎(zěn)樣才能有足夠(gòu)的時間去清洗(xǐ)某一種有清潔(jie)度要求的産品(pǐn)，同時又不會有(you)時間的浪費，除(chu)了清洗實驗測(cè)定結果後，嚴格(gé)制定清洗的工(gōng)藝參數外，在制(zhì)程中的實時檢(jian)測爲産品的清(qing)潔度保證和資(zi)源又不至浪費(fei)是一個明智的(de)手段。3.清洗液的(de)溫度控制是清(qing)洗工藝的一個(ge)關鍵點，在清洗(xi)時清洗劑的溫(wen)度對清洗效果(guo)是直接的，前面(mian)已經提到加熱(re)是清洗劑形成(cheng)微相的條件，由(yóu)此可知溫度對(duì)清洗效能的重(zhòng)要，因此控制在(zai)一個合适的溫(wēn)度範圍内的清(qīng)洗是很有必要(yao)的。4.清洗液的濃(nóng)度控制也是影(yǐng)響産品清洗效(xiao)果的重中之重(zhong)，一個精确控制(zhi)的濃度爲清洗(xǐ)工藝的穩定提(tí)供保證，也是穩(wen)定清洗成本的(de)關鍵所在。5.幹燥(zao)過程的自動化(hua)的實現使得清(qīng)洗工作變得簡(jiǎn)便。6.滿足各類清(qīng)洗劑的要求是(shì)設備的适應性(xìng)的特點，耐腐蝕(shi)性成爲設備使(shǐ)用壽命和适應(ying)範圍的一個重(zhòng)要考慮。7.安全是(shì)必須的。8.強勁、操(cao)作簡便成爲設(she)備生産者爲大(dà)批量清潔工作(zuo)而不可缺少的(de)設計。9.清洗劑的(de)循環使用，使得(dé)産品的清洗成(chéng)本變得可以接(jie)受，怎樣才能使(shǐ)清洗液充分回(huí)收，最大限度的(de)控制成本，直接(jie)影響到設備的(de)性價比。
C) 助焊劑(jì)的選擇：或許有(yǒu)人說我們要選(xuan)的是清潔掉助(zhu)焊劑的清潔劑(ji)，爲何反過來要(yao)我們重新去評(ping)估适合清洗的(de)助焊劑？這不是(shì)問題複雜化？其(qi)實，清洗工程本(běn)來就不簡單，有(yǒu)時少數的助焊(han)劑型号難以選(xuan)配到有效清潔(jie)的清潔劑，在完(wán)全滿足焊接的(de)前提下，選擇助(zhu)焊劑以匹配清(qīng)洗劑有時不失(shī)爲一個最爲簡(jian)單和明智的做(zuò)法。有時候針對(duì)特定的産品，可(kě)選擇的清潔劑(ji)不多，因要達到(dao)理想的清洗效(xiao)果而進行助焊(hàn)劑的選擇的情(qíng)況也就難免會(hui)出現，等等。在選(xuǎn)擇助焊劑時我(wǒ)們要考慮的主(zhǔ)要方面：焊接是(shì)否理想，清潔是(shi)否徹底，清洗效(xiao)率是否夠高，綜(zong)合成本是否最(zui)低?
d)基闆材料與(yǔ)清洗劑的兼容(rong)性，因爲清潔劑(ji)的選擇不隻是(shì)考慮是否能夠(gòu)較好地清潔助(zhu)焊劑，同時還要(yao)考慮與基材的(de)兼容性問題，一(yī)個強勁的清潔(jié)劑是否對清潔(jie)件上的金屬、塑(su)料、黑色鍍膜、标(biao)記、塗料、标簽、膠(jiāo)黏劑等是否有(yǒu)腐蝕，産生産品(pin)疵點？這是一個(ge)工藝工程師要(yao)認真評估和慎(shèn)重考慮的。
總之(zhī)，一個好的清洗(xǐ)必須滿足的條(tiáo)件是：合适的清(qing)洗劑，優良的清(qīng)洗設備，合理的(de)工藝參數，經濟(ji)的清洗成本，達(dá)到完美的清潔(jié)效果……清洗輕松(song)實現！
