焊接后印制電路板清洗方法研究

劉巖松

焊接后印制電路板清洗方法研究

劉巖松

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽110032）

當(dāng)今的電子裝配技術(shù)在運(yùn)作速度和質(zhì)量上比以往大有提高，電路走線更窄，裝配的組件也更密集。為了保證產(chǎn)品在規(guī)定的工作環(huán)境下正常實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的功能要求、達(dá)到所要求的最低時(shí)間或周期，焊后清洗技術(shù)在整個(gè)表面安裝技術(shù)(SMT)的工藝中扮演著十分重要的角色。在介紹了清洗的重要性的基礎(chǔ)上，通過對(duì)比手工清洗和溶劑氣相清洗的效果，提出氣相清洗是去除零件上有機(jī)污垢的更有效的清潔方法，此種方法甚至能去除焊接中遇到的最為頑固的污垢。在溶劑蒸汽清洗機(jī)中經(jīng)過清洗的零件從機(jī)器中取出時(shí)是干燥的，而且表面無任何殘留物，最佳地滿足了焊接后印制電路板的清洗需求。

焊接后的印制電路板；手工清洗工藝；氣相清洗工藝；污垢

1 引 言

通常電子產(chǎn)品在焊接后，其電路板表面總是存在不同程度的助焊劑殘留物及其他類型的污染物，即使使用了低固態(tài)含量不含鹵素的免清洗助焊劑仍會(huì)有或多或少的殘留物。因此，清洗對(duì)保證電子產(chǎn)品的可靠性、電氣指標(biāo)、工作壽命等都有著極其重要的作用[1-2]。

2 焊接后印制電路板清洗的必要性

組裝焊接后清洗印制電路板有以下必要性：

（1）能防止電氣缺陷的產(chǎn)生。最突出的電氣缺陷就是漏電，它是影響印制電路板長(zhǎng)期可靠性的重要因素之一。造成這種缺陷的主要原因是PCB上存在離子污染物、有機(jī)殘料和其他黏附物。

（2）能清除腐蝕物的危害。腐蝕會(huì)損壞電路，造成器件脆化；腐蝕物本身在潮濕的環(huán)境中能夠?qū)щ姡瑥亩鹩≈齐娐钒灏l(fā)生短路故障。清除腐蝕物，同樣也是在排除影響印制電路板長(zhǎng)期可靠性的因素。

（3）使印制電路板外觀清晰。清洗后的印制電路板外觀清晰，能使熱損傷、層裂等一些缺陷顯露出來以便于進(jìn)行檢測(cè)和故障排查。

3 污染物的來源分析

焊接后PCB上的白色殘留物成份是非常復(fù)雜的。可能是助焊劑本身，也可能是其氧化產(chǎn)物，或助焊劑與金屬、阻焊膜、PCB層壓材料等的反應(yīng)物。白色殘留的產(chǎn)生除與上述物質(zhì)相關(guān)外，還與PCB設(shè)計(jì)、SMT工藝（回流溫度、回流時(shí)間）、溫度、濕度等因素有關(guān)[3]。

4 加工過程追溯

某型電路模塊采用回流焊工藝，原材料均檢驗(yàn)合格并在有效期內(nèi)，設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，工藝溫度可控?zé)o異常，進(jìn)行外觀目檢，操作及互檢人員均持證上崗，封裝過程及環(huán)境滿足規(guī)定的要求；篩選過程條件和操作均符合電路設(shè)計(jì)要求和GJB 548篩選試驗(yàn)方法的規(guī)定。

5 樣品外觀分析

隨機(jī)抽取焊接后的1個(gè)模塊電路放在16倍顯微鏡下進(jìn)行外觀目檢，發(fā)現(xiàn)在板面周圍存在不同程度的助焊劑殘留及其他類型的污染物，判定外觀不合格。詳見圖1。

圖1 存在白色殘留物的電路板

由圖中可見殘留物的特征為白色，據(jù)分析，其產(chǎn)生的原因是焊接結(jié)束后從焊錫膏中析出了不同程度的助焊劑殘留物等，此時(shí)需對(duì)其進(jìn)行清洗，以保障電子產(chǎn)品的可靠性、電氣指標(biāo)和工作壽命等。

6 清洗試驗(yàn)

基于以上分析定位，從該模塊電路焊接后生成白色殘留物的狀態(tài)著手，在篩選出外觀不合格的樣品中各抽取2只，分別采用手工清洗方法、超聲清洗方法和氣相清洗方法進(jìn)行清洗[4-5]。

6.1 手工清洗方法

使用丙酮溶液浸泡2只模塊電路10分鐘，用軟毛刷在乙醇溶液中將焊接部位的殘留物刷掉，取出模塊電路，用去離子水沖洗3分鐘，再用無水乙醇進(jìn)行脫水，之后用氮?dú)鈽寣⒛K電路表面吹干至無水痕。詳見圖2。

圖2 手工清洗后的電路表面狀況

在手工清洗過程中，利用溶解性更強(qiáng)的丙酮去浸泡，可以有效地使殘留助焊劑溶解到溶液中，然后將模塊電路放入乙醇中進(jìn)行物理梳刷，將細(xì)節(jié)殘留助焊劑沖刷掉，再用去離子水將有機(jī)溶劑進(jìn)行脫水，最后用氮?dú)膺M(jìn)行吹干以達(dá)到清洗目的。

6.2 超聲清洗方法

使用丙酮溶液浸泡2只模塊電路10分鐘后，將其放入無水乙醇專用石英容器中，注入無水乙醇浸沒2只模塊電路，將石英容器放置在超聲清洗槽中，進(jìn)行5分鐘（超聲功率：240W）超聲波清洗，結(jié)束后關(guān)閉開關(guān)用提籃取出。用去離子水沖洗5分鐘，用無水乙醇沖洗2只模塊電路對(duì)其進(jìn)行脫水處理，然后用氮?dú)鈽寣⑵浔砻娲蹈伞Ｔ斠妶D3。

在超聲清洗中，與手工清洗的不同之處在于將模塊電路放入乙醇中之后，是利用超聲振動(dòng)的原理進(jìn)行清洗，將細(xì)節(jié)殘留助焊劑沖刷掉，再用去離子水將有機(jī)溶劑進(jìn)行脫水，最后用氮?dú)膺M(jìn)行吹干以達(dá)到清洗目的。

圖3 超聲清洗后的電路表面狀況

6.3 氣相清洗方法

打開設(shè)備冷凝系統(tǒng)運(yùn)行5～10分鐘以備下一步冷凝使用，打開設(shè)備加熱系統(tǒng)將清洗劑加熱到沸騰溫度后，將待清洗的2只模塊電路放入清洗提籃內(nèi)，工件盡量?jī)A斜擺放，然后打開設(shè)備上蓋將提籃緩緩放入左側(cè)沸騰池中，煮3～5分鐘后，將提籃提至蒸汽區(qū)內(nèi)，蒸汽清洗3～5分鐘，手持噴淋槍對(duì)準(zhǔn)2只模塊電路表面，噴淋10～20秒，將提籃緩緩放入右側(cè)漂洗池內(nèi)漂洗1～2分鐘，上述工作完成后將提籃提至冷卻區(qū)域?qū)ぜM(jìn)行冷凝烘干,待溶劑完全揮發(fā)后將提籃取出，放置在通風(fēng)區(qū)域干燥[6]。清洗結(jié)果詳見圖4。

圖4 氣相清洗后的電路表面狀況

帶有污垢的2只模塊電路被放入到熱熔劑蒸汽中，蒸汽在接觸到相對(duì)較冷的模塊電路時(shí)，就會(huì)在其表面冷凝，并溶解零件表面的油脂污垢，溶解了的污垢滴入到下面的沸騰溶劑中，而蒸汽則收集在沸騰溶劑附近的冷凝盤管上，蒸汽在冷卻盤管上冷凝后，以液態(tài)返回到分離池中，在分離了其中的水分并過濾了雜質(zhì)后，又可以再次循環(huán)使用。溶劑氣相清洗原理圖見圖5。

通過對(duì)比手工清洗、超聲清洗和氣相清洗后的電路表面狀況可以看出，通過有機(jī)溶劑清洗機(jī)清洗過的電路模塊，助焊劑殘留物基本被徹底清洗掉；手工清洗和超聲清洗之后的電路模塊有些部位還有助焊劑殘留物等污垢。因此，經(jīng)過綜合分析考量，應(yīng)采用更可靠、更低毒、更安全的有機(jī)溶劑來清洗設(shè)備，使清洗更徹底，清洗效果更好[7-8]。

圖5 溶劑氣相清洗原理圖

7 結(jié)束語

通過采用不同清洗方法的試驗(yàn)對(duì)比，將有機(jī)溶劑加熱汽化的清洗法可以更有效清除助焊劑等污垢。有機(jī)溶劑中，溴丙烷具有性能穩(wěn)定，適合范圍廣，易干燥，潤(rùn)濕性好，不腐蝕損傷線路板等特點(diǎn)，清洗效果更好，推薦優(yōu)先使用。面對(duì)封裝實(shí)踐過程中層出不窮種類繁雜的污染物，發(fā)展更新更高級(jí)更綠色的清洗工藝技術(shù)和設(shè)備來應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)，也是十分有必要的。

[1] 查爾斯A.哈珀.電子封裝與互連手冊(cè)[M].4版.賈松良等譯.電子工業(yè)出版社,2009.Charles A.Harper.Electronic Packagingand Interconnection Handbook[M].4th ed.Jia Songliang et al.Trans.Beijing：Publishing Houseof Electronics Industry,2009.

[2] 沃納·科恩.半導(dǎo)體晶片清洗：科學(xué)、技術(shù)與應(yīng)用[M].陸曉東等譯.電子工業(yè)出版社,2012.Werner Kern.Handbook of Semiconductor Wafer Cleaning Technology：Science,Technology,and Applications[M].Lu Xi-aodong et al.Trans.Beijing：Publishing House of Electronics Industry,2012.

[3] 路文娟，陳華林.表面貼裝技術(shù)：SMT[M].北京：人民郵電出版社,2013.Lu Wenjuan,Chen Hualin.Surface Mounting Technology：SMT[M].Beijing：Posts&Telecom Press,2013.

[4] 畢克允.電子封裝工藝設(shè)備[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2012.Bi Keyun.Electronic Packaging Process Equipment[M].Beijing：Chemical Industry Press,2012.

[5] 宋長(zhǎng)發(fā).電子組裝技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2010.Song Changfa.Electronic Assembly Technology[M].Beijing：National Defence Industry Press,2010.

[6] 潘桂忠.MOS集成電路工藝與制造技術(shù)[M].上海科學(xué)技術(shù)出版社,2012.Pan Guizhong.MOSIntegrated Circuit Processand Manufacturing Technology[M].Shanghai Science and Technology Press,2012.

[7] 顧大明，劉輝，劉麗麗.工業(yè)清洗劑[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2013.Gu Daming,Liu Hui,Liu Lili.Industrial Cleaning Agent[M].Beijing：Chemical Industry Press,2013.

[8] 杜長(zhǎng)華，陳方.電子微連接技術(shù)與材料[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2011.Du Changhua,ChenFang.Electronic Microconnect Technology and Materials[M].China Machine Press,2011.

Study on the Method of Cleaning Post-welding Printed Circuit Board

Liu Yansong
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Shenyang 110032,China）

Contemporary electronic assembly technology is much better than ever before in terms of speed and quality,and has more narrow circuit wiring and more intensive components assembling.In order to ensure that these products work in accordance with the design requirements in the required environment,and to achieve the minimum required time or cycle,the post-welding cleaning technology plays a very important role in the whole SMT(Surface Mount Technology)process.Based on the introduction to the importance of cleaning,and by comparing the effects between manual cleaning and solvent vapor cleaning,it is proposed that vapor cleaning is an effective cleaning method to remove organic dirt on the parts.This method can even remove the most stubborn fouling encountered in the welding operation.When taken out of the machine,the parts are dry and without any residue on the surface after the cleaning in the solvent steam cleaning machines,which can best meet the demand of the post-welding printed circuit board cleaning.

Post-welding printed circuit board;Manual cleaning process;Vapour phase cleaning process;Dirt

10.3969/j.issn.1002-2279.2017.06.002

B

1002-2279-（2017）06-0007-04

劉巖松(1989-)，男，吉林省圖們市人，助理工程師，主研方向：電子信息工程。

2017-11-21