電路闆組裝中(zhōng)的清洗問題解析
上傳時間：2016-6-6 11:12:53 作者：昊瑞電子(zǐ)
清洗的理由
自(zì)實施蒙利特爾議定書後(hòu)，免洗助焊劑被大多數電子制造廠使用，電路闆組裝的清洗幾乎隻在軍工、航天、醫療等(děng)高可靠(kào)性電路闆上實施。但是随着電子産品的小型(xíng)化和(hé)功能的多樣化，I/O數量不斷(duàn)提高，元器件間距變的越來越微小(xiǎo)，産品的應用領域和使用的自然環(huán)境不(bú)斷(duàn)引深拓展，免清洗助焊劑的相對可靠性受到前所未有的挑戰。原因是：本(běn)來(lái)在許多産品(pǐn)的免清洗制程中，難免(miǎn)有部分助焊劑是沒有(yǒu)經過制程回流焊接時的回流高溫和波(bō)峰焊接的錫波的高(gāo)溫，也就是，助焊劑沒(méi)有經過使其能産生聚合(hé)反應的高溫而還表現爲合成樹脂的(de)特性，在潮濕的環境呈現酸性的本質(zhì)，而對元器件和PCB的(de)焊點産生腐蝕作用，這就是(shì)我們爲什麽總會看(kàn)到(dào)一些(xiē)免清洗産品在放置一段時間後其連(lián)接器PIN針或者PCB金手指或定位螺絲孔上常常看到銅(tóng)綠的原因。這些免清洗助焊劑往往是在波峰焊接(jiē)時毛細現象或(huò)液體本身的潤(rùn)濕力所作用，跑到焊錫沒能觸及的地方，還有就是烙鐵焊錫時使用助(zhù)焊劑也難(nán)免擴散(sàn)到焊點以外(wài)的區(qū)域。另外，免清洗助(zhù)焊劑的殘留物在潮濕的情(qíng)況下，表面離(lí)子殘留物會(huì)形成樹枝狀結晶體，而樹枝狀結晶(jīng)體往往會引起電氣遷移造成(chéng)短路，再者在免清洗助焊劑中常(cháng)常包裹着從錫膏中遊離出(chū)來的錫球，這些錫球一(yī)般不經過清洗是很難清除的，這對于越來越小的電氣間距是個麻煩……，上述諸多因素迫使清洗的(de)回歸是一種必然的結果。
清洗的目(mù)的
将PCBA的助焊劑殘留焊膏(gāo)、錫球、雜質(zhì)、灰塵、油漬等有害污染清除；爲消除腐、蝕靜電損害；提高産(chǎn)品的使用壽命(mìng)；更好地滿足客戶不斷提出的高質量(liàng)和高可靠性的要求(qiú)……。
傳統清洗(xǐ)不再适應
先來了解一下傳統(tǒng)的清洗方法在清洗時的局限性吧，或許(xǔ)有人會問，既然免清洗助焊(hàn)劑不可靠了，那是否還是回歸早先的水溶(róng)性助焊劑或是溶劑型助(zhù)焊劑的使(shǐ)用？回答是否定的，先不說清洗成本(běn)的問題，更要考慮的是可靠性(xìng)和環境保護的問題。還是先來說說環境(jìng)的問題吧，傳統的水(shuǐ)溶(róng)性助焊(hàn)劑的清洗後的的大(dà)量廢水排放是個令(lìng)人頭痛的問題(tí)，必(bì)須經過廢水處理(lǐ)才(cái)能排放，中國的環境政策想(xiǎng)必大家都已經感覺到了，而傳統的溶劑清洗其對環(huán)境的(de)影響更(gèng)是有過之(zhī)而無不及，早已經被環境(jìng)法規否(fǒu)定(dìng)……。再說(shuō)清洗效果(guǒ)的問題：随着元器件的尺寸微型化，微型BGA，CSP,QFN等元器件的普(pǔ)遍使用，微(wēi)小的元件間距和元器件與PCB的間隙不斷下(xià)降爲清洗的效果(guǒ)帶來困難和麻煩，已經不(bú)是傳統的清洗所能達到(dào)的，而傳統清洗型助(zhù)焊劑(jì)的殘留存(cún)在(zài)是任何産品都不能接受的，因此一種高效安全的解決方案變得尤爲(wèi)重要和迫切。
清洗(xǐ)的挑戰
随着(zhe)電路闆的元(yuán)器件密度的不斷提(tí)高和元器件的微型化，免清洗技術顯得有些(xiē)乏力。高密度使得元器件的間距和空間有限，同時(shí)産生了更(gèng)大的電子場。清洗成爲一(yī)種滿足最先進技術的唯一可行方案，但對于倒裝芯片﹑QFN﹑Micro BGA 和小型片式阻容(róng)元器件，其下面(miàn)的助焊劑殘留去除起來相當的(de)困難；無鉛化的制程(chéng)使得助焊劑要(yào)求有更高的樹脂或松香的含(hán)量，這樣會使得(dé)助焊劑在小空間堆積更爲嚴重，使得清洗劑滲透(tòu)困(kùn)難重重;再者就是更高的(de)無鉛溫度和多次回流過程(chéng)使得助焊(hàn)劑殘留清洗起來更加困難。綜合上述因素，電子組(zǔ)裝(zhuāng)産品的清洗越來越不容易(yì)，這就要求有更好的清潔效果(guǒ)的清洗材料來解決這些清洗(xǐ)困難﹑耐清洗産品的清洗難題，對于(yú)清洗材料和清洗工藝條(tiáo)件無疑是(shì)個挑戰，這(zhè)就要求清洗劑要進行化學方面的創新(xīn)，清洗設備和清洗工藝方(fāng)面也(yě)要不斷改進。
新型的清洗劑
科技的發展給我們帶來了更好(hǎo)的解決辦法，一
類新型的水基型清洗劑采用剝離的原理，使(shǐ)用微相技(jì)術把污染物從清(qīng)洗(xǐ)件表面剔除下來，再将污染物轉移至(zhì)周圍的(de)水相中。這種清(qīng)洗劑的機理是：經過(guò)加熱或擾動（如噴淋等(děng)）形成微相，微相剝離污染(rǎn)物，被剝離的污染物又(yòu)可輕(qīng)易地(dì)被過濾出來，這就使得清洗液(yè)有很長的壽命周期，而且這類清洗劑無表面活性劑和無固态物的配(pèi)方，使得清洗件幹燥後不會有殘留物。與傳統的清潔劑（表面活性劑清洗劑）相比(bǐ)有：使用(yòng)壽命長——不會(huì)因靠表面活性劑和污染物的(de)永久結合(hé)導(dǎo)緻溶液中的有效成分逐漸減少而(ér)壽命縮短，隻要經過(guò)簡單的沉澱(diàn)和過濾便(biàn)可重新(xīn)利用；清洗後安全可靠(kào)——不會因表面活性劑在清洗件(jiàn)表面的殘留而(ér)引起可靠性(xìng)的擔憂，成本低——清洗劑耐用(yòng)且不需要廢液處理的費用……
清洗的工藝問題
有了新型的清洗劑爲基(jī)礎，清洗工程因(yīn)此變得簡單多了，可較爲輕松的去實現(xiàn)，爲使清洗工程更清晰化，接下來就清洗的工藝(yì)問題加以解(jiě)釋。先來了解 清(qīng)洗的工藝決定要素：a）清洗劑的(de)性質；b) 清洗設備的清潔能力；c)助焊劑的選配；d)基闆材料與(yǔ)清洗劑的兼容(róng)性等。下面就這幾大(dà)工藝(yì)要素分别加以闡述，以便(biàn)對清洗工藝有個較爲全面的了解。
a) 清(qīng)洗劑的性質(zhì)要求：1.能與助焊劑殘留物種類相(xiàng)匹(pǐ)配，做(zuò)到有效地清(qīng)潔幹淨清洗件表面的助焊劑殘留物，而(ér)不會留下污(wū)染，滿足電路闆的清洗要求。2.與清洗(xǐ)基闆和元(yuán)器件材料兼容能力強，做(zuò)到達到清潔幹淨的同時又不會和基闆或組件的材料發生(shēng)反應，留下(xià)不良或疵點。3.能有效滲透，表面張力低，小的表面能夠使得清洗劑能夠滲透(tòu)到任何有助焊劑殘留的地方(fāng)，QFN等類型的元器件(jiàn)的普遍使用，給清洗劑的可滲透(tòu)性提(tí)出了更高的(de)要求。4.滿足法規的要求 （---VOC，---BOD/COD/ROHs ）5.穩定性好(hǎo)，抗氧化，溶解性好，不産生大量泡沫(mò)。6.清洗時清潔劑的溶度(dù)合理，其實，一個優良的清洗(xǐ)劑還應具備清洗時的溶(róng)度越(yuè)低越好，在一個較低(dī)的溶度範圍内能達到一個理想的效果(guǒ)，這使清洗劑的工藝窗口更寬廣。7.還有(yǒu)就是在清(qīng)洗時溫度“适中”，以滿足大多(duō)數清洗設備的加熱能力要求，合适(shì)的溫度能增強清洗劑的清洗能力。8.是清(qīng)洗的速度(dù)快，能迅速溶解(jiě)或剝(bāo)離助焊劑殘留物，達到快速清(qīng)洗的結果。
b) 清洗設備的要求：1.能(néng)提供足以清洗到位的機械能，清洗到最(zuì)爲困難敏感的區域，随(suí)着現(xiàn)代電子制造技(jì)術的飛速發展，元件之間的間(jiān)隙(xì)不斷(duàn)縮小，元件和基(jī)闆(pǎn)的間隙不斷(duàn)下降，有的(de)已經到了2mil以下了，還有就(jiù)是無鉛制程中(zhōng)的(de)高溫和高聚合度的助焊劑殘留(liú)，沒有(yǒu)足夠的機械能量是無法清潔到或(huò)清潔幹淨這些頑垢的。定(dìng)向噴射時(shí)足夠的噴射壓力是清洗的一個關鍵點。噴嘴的設(shè)計和噴嘴的合理結構(gòu)也成爲設備設計時不可忽略的考慮。2.能夠提供足以清洗幹淨的清洗時間，怎(zěn)樣(yàng)才能有足(zú)夠的時間去清洗某一(yī)種有清潔度要求的産品，同時又(yòu)不會有(yǒu)時間(jiān)的浪費，除了清洗實驗測定結果後，嚴(yán)格制定清洗的工藝參(cān)數外，在制程中的實時檢測爲産品的清潔度保證和資源又(yòu)不至浪費是一(yī)個明(míng)智的手段。3.清洗液的溫度控制是清洗工藝(yì)的一個關鍵點，在清洗時清洗劑的溫(wēn)度對清洗效果是直接的，前面已經提到加熱是清洗劑形成微相的條件，由此可知溫度對清(qīng)洗效能(néng)的重要，因此控制在一個合适的溫度範圍内的清洗是很有必要的。4.清洗液的濃度控制也是影響産(chǎn)品清洗效果的重中(zhōng)之重(zhòng)，一個(gè)精确控制的濃度爲清(qīng)洗工藝的穩定提供保證，也是穩定清(qīng)洗成本的(de)關鍵所在。5.幹燥過程(chéng)的自動化的實現使得清洗工作變得簡便。6.滿足各類清洗劑的要求是設備的适應性的特點，耐腐蝕性(xìng)成(chéng)爲設備使用壽(shòu)命和适應範圍的一個重要考慮。7.安全是(shì)必須的。8.強勁、操作簡便成(chéng)爲設備生産者(zhě)爲大批(pī)量清潔工作而不可缺少的設計(jì)。9.清洗劑(jì)的循環使用(yòng)，使得産品(pǐn)的清洗成(chéng)本變得可以接受，怎(zěn)樣才能使清洗液充分回收，最(zuì)大限度(dù)的控制成本，直接(jiē)影響(xiǎng)到設備的性價比。
C) 助(zhù)焊(hàn)劑的選(xuǎn)擇：或許有(yǒu)人說我們要選的(de)是(shì)清潔掉助焊劑(jì)的清潔劑，爲何反過來要我們重新去評估适(shì)合清洗的助焊劑？這不是問題複雜化？其實，清洗工程本來就(jiù)不簡單，有時少數的(de)助焊劑型号難以選配到有效清潔的清潔劑，在完全滿足焊接的前(qián)提(tí)下，選擇助(zhù)焊劑以匹配清洗劑有時不失爲一個最(zuì)爲(wèi)簡單和明智的做法。有時候針對特定(dìng)的産品，可選擇的清(qīng)潔劑不多(duō)，因要達到理想的清洗效果而進行助焊劑的選擇(zé)的情(qíng)況也就難免會出現，等等。在選擇助焊劑時我們要(yào)考慮的主要方面：焊接是否理想，清潔是否徹底，清洗效率是否夠高，綜合(hé)成本是否最低?
d)基闆材料與清洗劑的兼容性，因爲清潔劑的選擇不隻是考慮是否能夠較好地清潔助焊劑，同時還要考慮與基(jī)材的兼容(róng)性問題，一個強(qiáng)勁的清潔劑是否對清潔(jié)件上的金屬、塑料、黑色鍍膜、标記、塗料、标簽、膠黏劑等是否有腐蝕，産生産品疵點？這是一個工藝工程(chéng)師要認真評估和慎重考慮的。
總之(zhī)，一個好的清洗必須(xū)滿足的條件是：合适(shì)的清洗劑，優良的清洗設備，合(hé)理的工藝參數，經濟的清洗成(chéng)本，達到完美的清潔效(xiào)果……清洗輕松實現(xiàn)！
