电路板组装中的清洗问题解析
上传时间：2016-6-6 11:12:53 作者：昊瑞电子
清洗的理由
自实施蒙利特尔议定书后，免洗助焊剂被大多数电子制造厂使用，电路板组装的清洗几乎只在军工、航天、医疗等高可靠性电路板上实施。但是随着电子产品的小型化和功能的多样化，I/O数量不断提高，元器件间距变的越来越微小，产品的应用领域和使用的自然环境不断引深拓展，免清洗助焊剂的相对可靠性受到前所未有的挑战。原因是：本来在许多产品的免清洗制程中，难免有部分助焊剂是没有经过制程回流焊接时的回流高温和波峰焊接的锡波的高温，也就是，助焊剂没有经过使其能产生聚合反应的高温而还表现为合成树脂的特性，在潮湿的环境呈现酸性的本质，而对元器件和PCB的焊点产生腐蚀作用，这就是我们为什么总会看到一些免清洗产品在放置一段时间后其连接器PIN针或者PCB金手指或定位螺丝孔上常常看到铜绿的原因。这些免清洗助焊剂往往是在波峰焊接时毛细现象或液体本身的润湿力所作用，跑到焊锡没能触及的地方，还有就是烙铁焊锡时使用助焊剂也难免扩散到焊点以外的区域。另外，免清洗助焊剂的残留物在潮湿的情况下，表面离子残留物会形成树枝状结晶体，而树枝状结晶体往往会引起电气迁移造成短路，再者在免清洗助焊剂中常常包裹着从锡膏中游离出来的锡球，这些锡球一般不经过清洗是很难清除的，这对于越来越小的电气间距是个麻烦……，上述诸多因素迫使清洗的回归是一种必然的结果。
清洗的目的
将PCBA的助焊剂残留焊膏、锡球、杂质、灰尘、油渍等有害污染清除；为消除腐、蚀静电损害；提高产品的使用寿命；更好地满足客户不断提出的高质量和高可靠性的要求……。
传统清洗不再适应
先来了解一下传统的清洗方法在清洗时的局限性吧，或许有人会问，既然免清洗助焊剂不可靠了，那是否还是回归早先的水溶性助焊剂或是溶剂型助焊剂的使用？回答是否定的，先不说清洗成本的问题，更要考虑的是可靠性和环境保护的问题。还是先来说说环境的问题吧，传统的水溶性助焊剂的清洗后的的大量废水排放是个令人头痛的问题，必须经过废水处理才能排放，中国的环境政策想必大家都已经感觉到了，而传统的溶剂清洗其对环境的影响更是有过之而无不及，早已经被环境法规否定……。再说清洗效果的问题：随着元器件的尺寸微型化，微型BGA，CSP,QFN等元器件的普遍使用，微小的元件间距和元器件与PCB的间隙不断下降为清洗的效果带来困难和麻烦，已经不是传统的清洗所能达到的，而传统清洗型助焊剂的残留存在是任何产品都不能接受的，因此一种高效安全的解决方案变得尤为重要和迫切。
清洗的挑战
随着电路板的元器件密度的不断提高和元器件的微型化，免清洗技术显得有些乏力。高密度使得元器件的间距和空间有限，同时产生了更大的电子场。清洗成为一种满足最先进技术的唯一可行方案，但对于倒装芯片﹑QFN﹑Micro BGA 和小型片式阻容元器件，其下面的助焊剂残留去除起来相当的困难；无铅化的制程使得助焊剂要求有更高的树脂或松香的含量，这样会使得助焊剂在小空间堆积更为严重，使得清洗剂渗透困难重重;再者就是更高的无铅温度和多次回流过程使得助焊剂残留清洗起来更加困难。综合上述因素，电子组装产品的清洗越来越不容易，这就要求有更好的清洁效果的清洗材料来解决这些清洗困难﹑耐清洗产品的清洗难题，对于清洗材料和清洗工艺条件无疑是个挑战，这就要求清洗剂要进行化学方面的创新，清洗设备和清洗工艺方面也要不断改进。
新型的清洗剂
科技的发展给我们带来了更好的解决办法，一
类新型的水基型清洗剂采用剥离的原理，使用微相技术把污染物从清洗件表面剔除下来，再将污染物转移至周围的水相中。这种清洗剂的机理是：经过加热或扰动（如喷淋等）形成微相，微相剥离污染物，被剥离的污染物又可轻易地被过滤出来，这就使得清洗液有很长的寿命周期，而且这类清洗剂无表面活性剂和无固态物的配方，使得清洗件干燥后不会有残留物。与传统的清洁剂（表面活性剂清洗剂）相比有：使用寿命长——不会因靠表面活性剂和污染物的永久结合导致溶液中的有效成分逐渐减少而寿命缩短，只要经过简单的沉淀和过滤便可重新利用；清洗后安全可靠——不会因表面活性剂在清洗件表面的残留而引起可靠性的担忧，成本低——清洗剂耐用且不需要废液处理的费用……
清洗的工艺问题
有了新型的清洗剂为基础，清洗工程因此变得简单多了，可较为轻松的去实现，为使清洗工程更清晰化，接下来就清洗的工艺问题加以解释。先来了解 清洗的工艺决定要素：a）清洗剂的性质；b) 清洗设备的清洁能力；c)助焊剂的选配；d)基板材料与清洗剂的兼容性等。下面就这几大工艺要素分别加以阐述，以便对清洗工艺有个较为全面的了解。
a) 清洗剂的性质要求：1.能与助焊剂残留物种类相匹配，做到有效地清洁干净清洗件表面的助焊剂残留物，而不会留下污染，满足电路板的清洗要求。2.与清洗基板和元器件材料兼容能力强，做到达到清洁干净的同时又不会和基板或组件的材料发生反应，留下不良或疵点。3.能有效渗透，表面张力低，小的表面能够使得清洗剂能够渗透到任何有助焊剂残留的地方，QFN等类型的元器件的普遍使用，给清洗剂的可渗透性提出了更高的要求。4.满足法规的要求 （---VOC，---BOD/COD/ROHs ）5.稳定性好，抗氧化，溶解性好，不产生大量泡沫。6.清洗时清洁剂的溶度合理，其实，一个优良的清洗剂还应具备清洗时的溶度越低越好，在一个较低的溶度范围内能达到一个理想的效果，这使清洗剂的工艺窗口更宽广。7.还有就是在清洗时温度“适中”，以满足大多数清洗设备的加热能力要求，合适的温度能增强清洗剂的清洗能力。8.是清洗的速度快，能迅速溶解或剥离助焊剂残留物，达到快速清洗的结果。
b) 清洗设备的要求：1.能提供足以清洗到位的机械能，清洗到最为困难敏感的区域，随着现代电子制造技术的飞速发展，元件之间的间隙不断缩小，元件和基板的间隙不断下降，有的已经到了2mil以下了，还有就是无铅制程中的高温和高聚合度的助焊剂残留，没有足够的机械能量是无法清洁到或清洁干净这些顽垢的。定向喷射时足够的喷射压力是清洗的一个关键点。喷嘴的设计和喷嘴的合理结构也成为设备设计时不可忽略的考虑。2.能够提供足以清洗干净的清洗时间，怎样才能有足够的时间去清洗某一种有清洁度要求的产品，同时又不会有时间的浪费，除了清洗实验测定结果后，严格制定清洗的工艺参数外，在制程中的实时检测为产品的清洁度保证和资源又不至浪费是一个明智的手段。3.清洗液的温度控制是清洗工艺的一个关键点，在清洗时清洗剂的温度对清洗效果是直接的，前面已经提到加热是清洗剂形成微相的条件，由此可知温度对清洗效能的重要，因此控制在一个合适的温度范围内的清洗是很有必要的。4.清洗液的浓度控制也是影响产品清洗效果的重中之重，一个精确控制的浓度为清洗工艺的稳定提供保证，也是稳定清洗成本的关键所在。5.干燥过程的自动化的实现使得清洗工作变得简便。6.满足各类清洗剂的要求是设备的适应性的特点，耐腐蚀性成为设备使用寿命和适应范围的一个重要考虑。7.安全是必须的。8.强劲、操作简便成为设备生产者为大批量清洁工作而不可缺少的设计。9.清洗剂的循环使用，使得产品的清洗成本变得可以接受，怎样才能使清洗液充分回收，最大限度的控制成本，直接影响到设备的性价比。
C) 助焊剂的选择：或许有人说我们要选的是清洁掉助焊剂的清洁剂，为何反过来要我们重新去评估适合清洗的助焊剂？这不是问题复杂化？其实，清洗工程本来就不简单，有时少数的助焊剂型号难以选配到有效清洁的清洁剂，在完全满足焊接的前提下，选择助焊剂以匹配清洗剂有时不失为一个最为简单和明智的做法。有时候针对特定的产品，可选择的清洁剂不多，因要达到理想的清洗效果而进行助焊剂的选择的情况也就难免会出现，等等。在选择助焊剂时我们要考虑的主要方面：焊接是否理想，清洁是否彻底，清洗效率是否够高，综合成本是否最低?
d)基板材料与清洗剂的兼容性，因为清洁剂的选择不只是考虑是否能够较好地清洁助焊剂，同时还要考虑与基材的兼容性问题，一个强劲的清洁剂是否对清洁件上的金属、塑料、黑色镀膜、标记、涂料、标签、胶黏剂等是否有腐蚀，产生产品疵点？这是一个工艺工程师要认真评估和慎重考虑的。
总之，一个好的清洗必须满足的条件是：合适的清洗剂，优良的清洗设备，合理的工艺参数，经济的清洗成本，达到完美的清洁效果……清洗轻松实现！
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