電子裝配中必要的清洗

展亞鴿

【摘 要】清洗是電子制造的一個十分重要的環(huán)節(jié)，多年來一直用于去除PCB生產(chǎn)中潛在的有害污染物。在迅速發(fā)展的電子工業(yè)方面，是通過保證良好表面電阻、防止漏電而導(dǎo)致PCB失效，從而在本質(zhì)上延長產(chǎn)品壽命。

【關(guān)鍵詞】清洗；污染物；測試

為了得到高絕緣電阻，電子裝備的清洗是十分重要的。想要實現(xiàn)這些，需要助焊劑/粘合劑、化學(xué)清洗劑、清洗設(shè)備的生產(chǎn)商電子工程師的通力配合才能達(dá)到最理想的清洗效果。在很多階段都需要清洗，模版印刷和焊接之前需要清除以前生產(chǎn)過程中遺留下來的污染物；模版印刷之后需要清除多余的膠粘劑；焊接后也需要清除腐蝕性助焊劑殘渣和任何多余的焊膏。在當(dāng)今的工業(yè)領(lǐng)域，許多廠家傾向于“免清洗”工藝，這似乎意味著焊接之后無需清洗。在“免清洗”工藝中，助焊劑的固體含量低于傳統(tǒng)型助焊劑，但是仍然含有松香和催化劑，這些在下一道工序——諸如PCB 的涂覆和包封前，是不會被去除的這些殘留物和其他一些因未經(jīng)過清洗流程而聚集的有害雜質(zhì)，會影響后面保護(hù)膜層的附著力和其它性能。因此，可以這樣說，縱然新技術(shù)有他的優(yōu)越性，比如說“免清洗”助焊劑，但是電子工業(yè)中依舊需要多級清洗工序。最后，返工時去除涂層和粘合劑也需要清洗，用于清洗當(dāng)前的元件及維護(hù)生產(chǎn)線。

目前清洗劑主要分為溶劑型和水性兩種。傳統(tǒng)的三氯乙烷和CFC 的溶劑清洗劑曾一度控制市場；但是，因為他們對臭氧的潛在破壞力，已被其他各種溶劑型清洗劑所替代。這些溶劑型清洗劑現(xiàn)在主要被分為三種：易燃的溶劑型清洗劑，不易燃溶劑型清洗劑和諸如HFC和HFE 的不易燃鹵化溶劑型清洗劑。這三種類型各有優(yōu)缺點，但是總體上說溶劑型清洗劑是揮發(fā)快、可獨立使用的清洗劑。然而，他們需要特殊設(shè)備和通風(fēng)裝置以免受到毒性和其它可能危險的傷害。水性清洗劑也是危害臭氧層化學(xué)品的替代品，并同時減少了溶劑的排放。

相對于溶劑型清洗劑來說水性清洗劑有以下幾個優(yōu)點：不易燃，低氣味，低溶劑或無溶劑，極低毒性。清洗的方法很多，取決于清洗設(shè)備的類型。針對超聲波機(jī)、壓力噴淋機(jī)或離心機(jī)，及不同的清洗對象，需要選擇不同的水性清洗劑。水性清洗劑比溶劑型清洗劑更加復(fù)雜，他們利用表面活性技術(shù)降低界面張力，懸濁或乳化PCB上的污染物從而去除。水性清洗劑的另一工作原理是通過皂化作用中和酸性助焊劑。水性清洗劑唯一的不足是需要多步驟來完成清洗工作，包括兩步漂洗和最后的烘干。

最后，還有一種新型的不含表面活性劑的水性清洗劑，含乙二醇，集水性清洗劑和溶劑型清洗劑的優(yōu)點于一身，只需少量漂洗。隨著工業(yè)擴(kuò)展的需求清洗市場也隨之不斷的發(fā)展。明確清潔度指標(biāo)非常重要，相當(dāng)一部分潛在的焊劑殘渣和污染物是肉眼甚至放大鏡也無法看到的。因此至關(guān)重要的正確的方法是測定清潔度指標(biāo)是否符合電子工程師確定的標(biāo)準(zhǔn)。污染物包括兩種類型：離子的和非離子的。在清洗和精確描述清潔標(biāo)準(zhǔn)后，有很多方法可以評估污染水平。包括松香，油和潤滑油脂在內(nèi)的非離子污染物為非傳導(dǎo)物質(zhì)，并且通常以有機(jī)物的形式在制作電路板和裝配之后遺留下來。他們的絕緣性在插入式轉(zhuǎn)換器或連接器裝配在PCB時候會產(chǎn)生問題，并使阻焊劑、三防漆、灌封料的附著力差，覆蓋離子污染物和雜質(zhì)碎片。

離子污染物通常指焊劑殘渣或焊接后留下的有害物質(zhì)，包括水溶性有機(jī)物或無機(jī)物，可分散在溶液中作為帶電離子，使該溶液的整體導(dǎo)電性升高。它們會引起電路間漏電、腐蝕或促使枝晶生長，從而降低電子元件及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。離子和非離子污染物均會影響設(shè)備的運轉(zhuǎn)和可靠性，其中離子污染物對導(dǎo)致失效占更大的比例。

監(jiān)控離子和非離子污染物水平有幾種方法：最簡單的方法是目測，兩種類型的污染物均可監(jiān)控。雖然它不能提供任何定量的數(shù)據(jù)，但常與其他方法一起配合使用。放大倍數(shù)10-15倍通常足夠用于質(zhì)量檢測，并提供生產(chǎn)流程的信息，包括操作、包裝和這些流程中產(chǎn)生的污染物。除光學(xué)檢測之外，沒有其他測量非離子殘余物的簡單方法。最廣泛采用的有效確定污染物精確特性的分析方法是傅立葉轉(zhuǎn)變紅外光譜法（FTIR）。高效液相色譜（ HPLC ）和UV-Vis光譜分析能被用來識別殘留的松香。掃描電鏡（SEM）、能量色散型X射（EDX）分析法和俄歇電子分析法也適合于辨別PCB 上的污染物和殘留物，并且每一種都有其特定的優(yōu)勢。這些檢測所需的設(shè)備昂貴，同時需要經(jīng)常維護(hù)，因此很少應(yīng)用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

一種常用的測試離子污染物水平的方法是溶劑提取物電阻系數(shù)測量法（ROSE），也被稱之為溶劑提取物傳導(dǎo)率測定法（SEC）。ROSE 理論是電阻系數(shù)隨著溶液中離子濃度的增長而降低。簡單的自動化ROSE 檢測機(jī)，Omega 儀、Ionograph 或ZeroIon，被很多電子裝配廠家作為質(zhì)量控制的測試手段。IPC TM-650 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，是用異丙醇和去離子水溶液萃取污染物，并時時測定電導(dǎo)率的變化。這種測試方法被廣泛采用，它可迅速得到測試結(jié)果，但也有一定的局限性。這種方法使用廉價、易得的溶劑（IPA），最初是用于測試傳統(tǒng)的松香型助焊劑殘留物。這種方法現(xiàn)在稍微有些過時了，可能無法提醒使用者警惕可能的變化導(dǎo)致的不易溶殘留物。

公認(rèn)的清潔度水平也促進(jìn)了清潔工業(yè)的發(fā)展。使用前文中提到的傳統(tǒng)型CFC 類的清洗劑時，公認(rèn)的限值1.56μg/ cm2 相當(dāng)于ANSI/J-STD-001 標(biāo)準(zhǔn)中描述的NaCL。現(xiàn)在，多數(shù)廠家都可以做到低于這個水平，通常在（0～1）μg/in2。這種方法只可以用作離子污染物的測量方法，也不能精確判別污染物的種類及其位置。另外兩種提供有價值測量數(shù)據(jù)的方法是表面絕緣電阻測量法（SIR）和離子色譜分析法（IC）。前者通過交錯梳形波掃描PCB，在溫濕度遞升的條件下測量電流隨時間的變化。污染物的存在會降低導(dǎo)體間物質(zhì)的絕緣電阻。后者——離子色譜分析法（IC）——是清潔度評估的一種新方法，用于識別并定量分析電子裝置上存在的特定離子種類。這種測試方法詳細(xì)列出了可被特定介質(zhì)去除的離子殘留物。隨后通過液體分析對殘留物做分離、識別、定量。對于這種方法，底材處理和準(zhǔn)備很重要，昂貴且耗時，因此它通常不用做質(zhì)量控制手段，只作為特定分析技術(shù)。

對PCB及相關(guān)元件進(jìn)行有效清洗是電子制造業(yè)的基本環(huán)節(jié)。它增加了系統(tǒng)的可靠性，并保證隨后的涂敷和封裝操作得到滿意的效果。清洗劑的選擇取決于生產(chǎn)環(huán)境，無論使用溶劑型或水性清洗劑，要得到好的清洗效果就必須選擇并采用正確的施工方法。很多規(guī)范都對清潔度評估有所涉及。IPC TM-650 是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它列出了上面提到的多數(shù)清潔度檢測方法，給出了詳細(xì)的分析指南。不難看出，一些方法十分昂貴且耗時，但是他們能夠提供關(guān)于污染物的類型、位置和數(shù)量方面的精確數(shù)據(jù)。另外，采用少數(shù)極端的方法可以快速、高效地控制質(zhì)量。總之，選擇最合適的清洗流程，以達(dá)到所要求的清潔度水平，是以最小成本確保最大可靠性的關(guān)鍵。

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