清洗工藝選擇研究

琚紅云

摘 ? 要：在電子組裝生產的過程中，要經過SMT、選擇性波峰焊或者波峰焊、手工修焊、裝配和測試等多個工序。每個工序都會對產品造成不同性質的污染。這些污染物質在濕熱、煙霧、高溫等的環境作用下，會發生氧化、腐蝕、電遷移等，長期帶電的產品就會發生短路、絕緣下降、使用壽命縮短等現象。如果僅是通過涂敷三防漆來抵抗惡劣環境的影響是遠遠不夠的。控制產品的污染物殘留，提高產品清潔度，才是提高產品質量可靠性的必要手段。文章對此進行了分析。

關鍵詞：清洗工藝;PCBA;工藝設計

1 ? ?PCBA上的污染的種類

印制電路板組件（Printed Circuit Board Assembly，PCBA）污染物是在各個工序生產過程中附著在PCBA表面肉眼可見的錫珠、殘膠、油脂、指印等和不可見的助焊劑殘留、粉塵等。這些污染物可以分為極性污染物、非極性污染和粒子污染物。極性污染物包含助焊劑、汗液、焊料殘渣和元器件及印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）的氧化物等。非極性污染物包含焊劑中的松香及樹脂的殘留，膠帶、粘結劑殘留，皮膚油脂和防氧化劑等。粒子污染物包含塵埃、煙霧、棉絮、錫珠、靜電粒子和PCBA加工時產生的玻璃纖維等。極性污染物會造成電遷移、枝晶生長、元器件的引腳腐蝕，嚴重時會引起電路失效。非極性污染物會吸附灰塵、靜電粒子，引起導電接觸不良，影響接插件的接觸可靠性，粒子污染物則會加劇污染的危害。在以上污染物中危害最大的應屬極性污染物，也就是通常說的離子污染物。離子污染物的控制對于產品質量可靠性的控制意義重大。

從元器件、PCBA污染物殘留的控制，到生產中使用的焊膏、焊劑、焊錫絲等選型，再到生產過程中操作人員的工作服、手套等穿戴控制，到最后產品的包裝、轉運工裝的管理都會影響到產品污染物含量的高低，最終影響到產品的運行可靠性和壽命的長短。這些生產中的質量控制，是非常細致、周密、嚴格和系統的，需要投入大量的人力和物力。

2 ? ?清洗工藝的種類

清洗工藝對解決PCBA上的污染物是非常必要、有效的手段，典型的清洗工藝有溶劑清洗、半水基清洗和水基清洗。溶劑清洗的原理是利用醇類、酮類、含氟類等溶劑的溶解力完成預洗和漂洗，去除污染物。溶劑型清洗劑揮發快、溶解能力強、對設備要求極低，整個清洗工藝無廢水處理。溶劑型清洗劑對環境有一定的破壞作用，會產生溫室效應，對工廠的環境有一定的影響。

半水基清洗的原理是使用有機溶劑添加表面活性劑進行預洗，有機溶劑溶解污染物、表面活性劑提供潤濕和乳化功能，防止脫離基材的污染物再次吸附到基材上，去離子水進行漂洗。半水基溶劑一般為可燃溶劑，閃電很高、毒性較低，使用上較為安全。清洗后產品需要烘干處理，確保產品中的水汽全部揮發，避免因濕氣降低產品性能。烘干設備成本高、占地面積大、能耗大，會增加生產成本。半水基清洗會產生廢水，廢水均需要通過廢水處理裝置處理后才能達到廢水排放要求。

水基清洗的原理是使用去離子水作為清洗的介質，在水中添水基型有機溶劑，破壞污染物和基材之間的鍵合，通過水基清洗劑的潤濕、溶解、乳化、皂化、螯合等作用實現污染物與基材的脫離。水基清洗不僅能去除極性污染物、非極性污染物，還能去除粒子污染物，是今后清洗工藝的發展方向。水基清洗對前端的研發設計提出了更高的要求，對于器件的防水、密封等要求更嚴格。對于PCBA的布局更要考慮清洗的方向，避免“陰影效應”造成陰影遮蔽器件無法有效地清洗，水基清洗和半水基清洗同樣有產品烘干和廢水處理問題。

3 ? ?PCBA清洗工藝設計

清洗工藝對研發設計提出了較高的要求。無論是溶劑清洗、半水基清洗，還是水基清洗，都要考慮器件的密封性、耐溶劑性。對于水基清洗還要考慮器件的耐熱性，器件的這些性能指標會決定清洗工藝的選擇方案。

在研發設計布局時，器件布局的密度、器件封裝都會增加清洗工藝的設計難度。焊球陣列封裝（Ball Grid Array，BGA）、方形扁平無引腳封裝（Quad Flat No-leadPackage，QFN）等這種引腳隱藏在本體之下的器件，引腳<0.1 mm以下的小型方塊平面封裝（Quad Flat Package，QFP）、無引線陶瓷封裝載體（Leadless Ceramic Chip Carrier，LCCC）、01005以及更小的器件等，這些器件在清洗時要選擇有較好溶解度的溶劑，但同時也要考慮易漂洗問題。

研發設計時還要考慮布局造成的“陰影效應”，高的器件會遮蔽附近低的器件的清洗效果，甚至會加大漂洗的難度，反而會造成二次污染。

對于清洗工藝的要求是選擇合適的清洗溶劑，高強度的清洗劑能夠徹底清潔板面，也會造成清洗過度，清洗掉條形碼的油墨、器件上的絲印等，低強度的清洗劑又會造成清洗浸泡的時間增長、降低清洗效率。選擇合適的清洗劑是清洗工藝研究的重點。清洗設備的選擇也是清洗工藝設計的重要環節。

4 ? ?清洗工藝的評價

業界內最常見的清潔度的檢測方法是目測法、離子污染測試法、離子色譜分析法和表面絕緣阻抗測試法。目測法是最實用、最高效、最便宜的檢測手段，只需要一臺10～15倍的光學顯微鏡，即可隨時檢測PCBA的污染物殘留。目測觀察PCBA基材，器件引腳周圍是否有污染物質，通常未清洗的器件引腳周圍包裹著一層松香殘留，基材上會有油脂、手印等殘留，在10～15倍的光學顯微鏡觀察下，這些殘留物清晰可辨。通過目檢的方法能直觀地比較清洗前后殘留物的變化。離子污染測試是檢測PCBA表面可導電的離子型污染物總量，不區分離子的總類。IPC-6012中規定了離子的含量，在阻焊涂層前的光PCBA所有類別的離子含量<1.56 μg/cm2 NaCl等滲當量。離子色譜法是采用國際電子工業聯接協會IPC-TM-650 2.3.28的方法，可以精確的測量出PCBA上離子殘留物的種類和數量。針對RoHS，測試重金屬的離子殘留，針對離子污染，會測試鹵素殘留的指標。因為鹵素是造成焊點腐蝕的重要因素。表面絕緣阻抗測試，采用IPC-9201的方法進行測試，通過測試清洗前后PCBA的阻抗來比較。

5 ? ?結語

隨著工業技術的發展、環境變化的要求，對PCBA板面的清潔度的要求會越來越高。采取合適的清洗工藝，對降低產品因污染物造成的性能失效意義重大。