電(dian)路闆組裝(zhuāng)中的清洗(xǐ)問題解析(xi)
上傳時間(jiān)：2016-6-6 11:12:53 作者：昊瑞(ruì)電子
清洗(xǐ)的理由
自(zi)實施蒙利(lì)特爾議定(ding)書後，免洗(xǐ)助焊劑被(bei)大多數電(dian)子制造廠(chang)使用，電路(lu)闆組裝的(de)清洗幾乎(hū)隻在軍工(gong)、航天、醫療(liao)等高可靠(kào)性電路闆(pǎn)上實施。但(dàn)是随着電(dian)子産品的(de)小型化和(he)功能的多(duō)樣化，I/O數量(liang)不斷提高(gao)，元器件間(jian)距變的越(yuè)來越微小(xiao)，産品的應(ying)用領域和(he)使用的自(zì)然環境不(bú)斷引深拓(tuo)展，免清洗(xǐ)助焊劑的(de)相對可靠(kào)性受到前(qián)所未有的(de)挑戰。原因(yīn)是：本來在(zai)許多産品(pin)的免清洗(xǐ)制程中，難(nan)免有部分(fèn)助焊劑是(shi)沒有經過(guo)制程回流(liu)焊接時的(de)回流高溫(wēn)和波峰焊(han)接的錫波(bō)的高溫，也(ye)就是，助焊(hàn)劑沒有經(jīng)過使其能(neng)産生聚合(he)反應的高(gāo)溫而還表(biao)現爲合成(chéng)樹脂的特(tè)性，在潮濕(shī)的環境呈(cheng)現酸性的(de)本質，而對(duì)元器件和(he)PCB的焊點産(chan)生腐蝕作(zuo)用，這就是(shì)我們爲什(shi)麽總會看(kàn)到一些免(miǎn)清洗産品(pǐn)在放置一(yi)段時間後(hòu)其連接器(qì)PIN針或者PCB金(jin)手指或定(ding)位螺絲孔(kǒng)上常常看(kan)到銅綠的(de)原因。這些(xie)免清洗助(zhù)焊劑往往(wang)是在波峰(feng)焊接時毛(mao)細現象或(huo)液體本身(shēn)的潤濕力(lì)所作用，跑(pao)到焊錫沒(mei)能觸及的(de)地方，還有(yǒu)就是烙鐵(tie)焊錫時使(shǐ)用助焊劑(jì)也難免擴(kuò)散到焊點(dian)以外的區(qu)域。另外，免(miǎn)清洗助焊(han)劑的殘留(liu)物在潮濕(shi)的情況下(xià)，表面離子(zǐ)殘留物會(hui)形成樹枝(zhi)狀結晶體(ti)，而樹枝狀(zhuàng)結晶體往(wǎng)往會引起(qǐ)電氣遷移(yi)造成短路(lu)，再者在免(miǎn)清洗助焊(hàn)劑中常常(cháng)包裹着從(cóng)錫膏中遊(you)離出來的(de)錫球，這些(xie)錫球一般(bān)不經過清(qing)洗是很難(nan)清除的，這(zhe)對于越來(lai)越小的電(dian)氣間距是(shi)個麻煩……，上(shàng)述諸多因(yīn)素迫使清(qīng)洗的回歸(guī)是一種必(bì)然的結果(guǒ)。
清洗的目(mu)的
将PCBA的助(zhù)焊劑殘留(liú)焊膏、錫球(qiu)、雜質、灰塵(chen)、油漬等有(yǒu)害污染清(qing)除；爲消除(chú)腐、蝕靜電(dian)損害；提高(gao)産品的使(shǐ)用壽命；更(geng)好地滿足(zú)客戶不斷(duàn)提出的高(gao)質量和高(gāo)可靠性的(de)要求……。
傳統(tǒng)清洗不再(zai)适應
先來(lái)了解一下(xià)傳統的清(qīng)洗方法在(zài)清洗時的(de)局限性吧(ba)，或許有人(rén)會問，既然(rán)免清洗助(zhù)焊劑不可(ke)靠了，那是(shì)否還是回(huí)歸早先的(de)水溶性助(zhù)焊劑或是(shì)溶劑型助(zhù)焊劑的使(shi)用？回答是(shi)否定的，先(xian)不說清洗(xǐ)成本的問(wèn)題，更要考(kǎo)慮的是可(ke)靠性和環(huan)境保護的(de)問題。還是(shì)先來說說(shuo)環境的問(wèn)題吧，傳統(tong)的水溶性(xing)助焊劑的(de)清洗後的(de)的大量廢(fei)水排放是(shì)個令人頭(tou)痛的問題(ti)，必須經過(guo)廢水處理(li)才能排放(fang)，中國的環(huán)境政策想(xiang)必大家都(dou)已經感覺(jiao)到了，而傳(chuan)統的溶劑(jì)清洗其對(dui)環境的影(ying)響更是有(yǒu)過之而無(wú)不及，早已(yi)經被環境(jìng)法規否定(dìng)……。再說清洗(xǐ)效果的問(wen)題：随着元(yuan)器件的尺(chǐ)寸微型化(hua)，微型BGA，CSP,QFN等元(yuan)器件的普(pǔ)遍使用，微(wei)小的元件(jian)間距和元(yuán)器件與PCB的(de)間隙不斷(duan)下降爲清(qīng)洗的效果(guo)帶來困難(nan)和麻煩，已(yǐ)經不是傳(chuán)統的清洗(xǐ)所能達到(dào)的，而傳統(tong)清洗型助(zhù)焊劑的殘(can)留存在是(shi)任何産品(pin)都不能接(jiē)受的，因此(ci)一種高效(xiào)安全的解(jiě)決方案變(bian)得尤爲重(zhong)要和迫切(qie)。
清洗的挑(tiao)戰
随着電(dian)路闆的元(yuan)器件密度(du)的不斷提(tí)高和元器(qi)件的微型(xíng)化，免清洗(xǐ)技術顯得(de)有些乏力(lì)。高密度使(shi)得元器件(jian)的間距和(he)空間有限(xian)，同時産生(shēng)了更大的(de)電子場。清(qīng)洗成爲一(yi)種滿足最(zuì)先進技術(shu)的唯一可(ke)行方案，但(dan)對于倒裝(zhuāng)芯片﹑QFN﹑Micro BGA 和小(xiao)型片式阻(zu)容元器件(jian)，其下面的(de)助焊劑殘(can)留去除起(qi)來相當的(de)困難；無鉛(qiān)化的制程(chéng)使得助焊(han)劑要求有(yǒu)更高的樹(shù)脂或松香(xiang)的含量，這(zhe)樣會使得(dé)助焊劑在(zài)小空間堆(duī)積更爲嚴(yán)重，使得清(qīng)洗劑滲透(tòu)困難重重(zhong);再者就是(shi)更高的無(wú)鉛溫度和(he)多次回流(liú)過程使得(de)助焊劑殘(cán)留清洗起(qǐ)來更加困(kun)難。綜合上(shang)述因素，電(dian)子組裝産(chǎn)品的清洗(xǐ)越來越不(bú)容易，這就(jiù)要求有更(geng)好的清潔(jié)效果的清(qing)洗材料來(lái)解決這些(xiē)清洗困難(nán)﹑耐清洗産(chan)品的清洗(xǐ)難題，對于(yu)清洗材料(liào)和清洗工(gōng)藝條件無(wú)疑是個挑(tiao)戰，這就要(yao)求清洗劑(jì)要進行化(huà)學方面的(de)創新，清洗(xǐ)設備和清(qīng)洗工藝方(fāng)面也要不(bu)斷改進。
新(xīn)型的清洗(xi)劑
科技的(de)發展給我(wǒ)們帶來了(le)更好的解(jie)決辦法，一(yi)
類新型的(de)水基型清(qīng)洗劑采用(yòng)剝離的原(yuán)理，使用微(wei)相技術把(ba)污染物從(cóng)清洗件表(biǎo)面剔除下(xià)來，再将污(wu)染物轉移(yí)至周圍的(de)水相中。這(zhè)種清洗劑(jì)的機理是(shi)：經過加熱(rè)或擾動（如(ru)噴淋等）形(xíng)成微相，微(wei)相剝離污(wu)染物，被剝(bāo)離的污染(rǎn)物又可輕(qīng)易地被過(guò)濾出來，這(zhè)就使得清(qing)洗液有很(hen)長的壽命(mìng)周期，而且(qie)這類清洗(xi)劑無表面(miàn)活性劑和(he)無固态物(wu)的配方，使(shǐ)得清洗件(jian)幹燥後不(bu)會有殘留(liú)物。與傳統(tong)的清潔劑(ji)（表面活性(xìng)劑清洗劑(jì)）相比有：使(shǐ)用壽命長(zhǎng)——不會因靠(kào)表面活性(xìng)劑和污染(ran)物的永久(jiu)結合導緻(zhi)溶液中的(de)有效成分(fèn)逐漸減少(shǎo)而壽命縮(suo)短，隻要經(jīng)過簡單的(de)沉澱和過(guò)濾便可重(zhong)新利用；清(qing)洗後安全(quan)可靠——不會(hui)因表面活(huo)性劑在清(qīng)洗件表面(miàn)的殘留而(er)引起可靠(kào)性的擔憂(yōu)，成本低——清(qīng)洗劑耐用(yòng)且不需要(yào)廢液處理(li)的費用……
清(qīng)洗的工藝(yì)問題
有了(le)新型的清(qīng)洗劑爲基(jī)礎，清洗工(gong)程因此變(biàn)得簡單多(duō)了，可較爲(wèi)輕松的去(qù)實現，爲使(shǐ)清洗工程(chéng)更清晰化(hua)，接下來就(jiù)清洗的工(gong)藝問題加(jiā)以解釋。先(xian)來了解 清(qīng)洗的工藝(yi)決定要素(su)：a）清洗劑的(de)性質；b) 清洗(xi)設備的清(qīng)潔能力；c)助(zhù)焊劑的選(xuan)配；d)基闆材(cái)料與清洗(xǐ)劑的兼容(rong)性等。下面(mian)就這幾大(dà)工藝要素(su)分别加以(yǐ)闡述，以便(biàn)對清洗工(gōng)藝有個較(jiao)爲全面的(de)了解。
a) 清洗(xi)劑的性質(zhi)要求：1.能與(yǔ)助焊劑殘(can)留物種類(lèi)相匹配，做(zuo)到有效地(di)清潔幹淨(jìng)清洗件表(biǎo)面的助焊(han)劑殘留物(wù)，而不會留(liú)下污染，滿(mǎn)足電路闆(pan)的清洗要(yào)求。2.與清洗(xǐ)基闆和元(yuán)器件材料(liào)兼容能力(li)強，做到達(dá)到清潔幹(gan)淨的同時(shí)又不會和(he)基闆或組(zu)件的材料(liao)發生反應(yīng)，留下不良(liáng)或疵點。3.能(neng)有效滲透(tou)，表面張力(lì)低，小的表(biao)面能夠使(shi)得清洗劑(ji)能夠滲透(tòu)到任何有(you)助焊劑殘(cán)留的地方(fang)，QFN等類型的(de)元器件的(de)普遍使用(yong)，給清洗劑(jì)的可滲透(tou)性提出了(le)更高的要(yao)求。4.滿足法(fa)規的要求(qiú) （---VOC，---BOD/COD/ROHs ）5.穩定性好(hao)，抗氧化，溶(rong)解性好，不(bu)産生大量(liàng)泡沫。6.清洗(xi)時清潔劑(ji)的溶度合(he)理，其實，一(yī)個優良的(de)清洗劑還(hái)應具備清(qīng)洗時的溶(róng)度越低越(yue)好，在一個(gè)較低的溶(róng)度範圍内(nèi)能達到一(yī)個理想的(de)效果，這使(shi)清洗劑的(de)工藝窗口(kou)更寬廣。7.還(hái)有就是在(zài)清洗時溫(wēn)度“适中”，以(yi)滿足大多(duo)數清洗設(she)備的加熱(re)能力要求(qiú)，合适的溫(wen)度能增強(qiáng)清洗劑的(de)清洗能力(lì)。8.是清洗的(de)速度快，能(neng)迅速溶解(jie)或剝離助(zhù)焊劑殘留(liu)物，達到快(kuai)速清洗的(de)結果。
b) 清洗(xi)設備的要(yào)求：1.能提供(gong)足以清洗(xǐ)到位的機(jī)械能，清洗(xi)到最爲困(kun)難敏感的(de)區域，随着(zhe)現代電子(zi)制造技術(shù)的飛速發(fa)展，元件之(zhi)間的間隙(xì)不斷縮小(xiǎo)，元件和基(jī)闆的間隙(xì)不斷下降(jiang)，有的已經(jīng)到了2mil以下(xia)了，還有就(jiu)是無鉛制(zhì)程中的高(gāo)溫和高聚(jù)合度的助(zhù)焊劑殘留(liú)，沒有足夠(gou)的機械能(neng)量是無法(fa)清潔到或(huò)清潔幹淨(jìng)這些頑垢(gou)的。定向噴(pen)射時足夠(gòu)的噴射壓(ya)力是清洗(xǐ)的一個關(guān)鍵點。噴嘴(zui)的設計和(he)噴嘴的合(he)理結構也(yě)成爲設備(bei)設計時不(bu)可忽略的(de)考慮。2.能夠(gòu)提供足以(yi)清洗幹淨(jing)的清洗時(shi)間，怎樣才(cái)能有足夠(gòu)的時間去(qu)清洗某一(yī)種有清潔(jie)度要求的(de)産品，同時(shí)又不會有(you)時間的浪(lang)費，除了清(qīng)洗實驗測(cè)定結果後(hòu)，嚴格制定(dìng)清洗的工(gōng)藝參數外(wai)，在制程中(zhong)的實時檢(jiǎn)測爲産品(pǐn)的清潔度(du)保證和資(zi)源又不至(zhì)浪費是一(yī)個明智的(de)手段。3.清洗(xi)液的溫度(du)控制是清(qīng)洗工藝的(de)一個關鍵(jian)點，在清洗(xi)時清洗劑(jì)的溫度對(duì)清洗效果(guǒ)是直接的(de)，前面已經(jing)提到加熱(re)是清洗劑(jì)形成微相(xiàng)的條件，由(yóu)此可知溫(wēn)度對清洗(xi)效能的重(zhòng)要，因此控(kòng)制在一個(ge)合适的溫(wēn)度範圍内(nei)的清洗是(shì)很有必要(yào)的。4.清洗液(ye)的濃度控(kong)制也是影(ying)響産品清(qīng)洗效果的(de)重中之重(zhong)，一個精确(què)控制的濃(nong)度爲清洗(xi)工藝的穩(wěn)定提供保(bao)證，也是穩(wěn)定清洗成(cheng)本的關鍵(jian)所在。5.幹燥(zao)過程的自(zì)動化的實(shí)現使得清(qīng)洗工作變(bian)得簡便。6.滿(mǎn)足各類清(qing)洗劑的要(yào)求是設備(bei)的适應性(xìng)的特點，耐(nài)腐蝕性成(cheng)爲設備使(shǐ)用壽命和(hé)适應範圍(wei)的一個重(zhòng)要考慮。7.安(an)全是必須(xū)的。8.強勁、操(cāo)作簡便成(cheng)爲設備生(sheng)産者爲大(dà)批量清潔(jié)工作而不(bu)可缺少的(de)設計。9.清洗(xi)劑的循環(huán)使用，使得(de)産品的清(qing)洗成本變(bian)得可以接(jie)受，怎樣才(cái)能使清洗(xi)液充分回(huí)收，最大限(xiàn)度的控制(zhi)成本，直接(jiē)影響到設(shè)備的性價(jià)比。
C) 助焊劑(ji)的選擇：或(huò)許有人說(shuo)我們要選(xuǎn)的是清潔(jié)掉助焊劑(ji)的清潔劑(jì)，爲何反過(guo)來要我們(men)重新去評(ping)估适合清(qīng)洗的助焊(han)劑？這不是(shi)問題複雜(za)化？其實，清(qīng)洗工程本(ben)來就不簡(jiǎn)單，有時少(shao)數的助焊(hàn)劑型号難(nán)以選配到(dao)有效清潔(jié)的清潔劑(jì)，在完全滿(man)足焊接的(de)前提下，選(xuǎn)擇助焊劑(jì)以匹配清(qīng)洗劑有時(shi)不失爲一(yī)個最爲簡(jiǎn)單和明智(zhì)的做法。有(yǒu)時候針對(dui)特定的産(chan)品，可選擇(zé)的清潔劑(jì)不多，因要(yào)達到理想(xiǎng)的清洗效(xiao)果而進行(hang)助焊劑的(de)選擇的情(qing)況也就難(nán)免會出現(xiàn)，等等。在選(xuan)擇助焊劑(ji)時我們要(yao)考慮的主(zhu)要方面：焊(hàn)接是否理(lǐ)想，清潔是(shi)否徹底，清(qīng)洗效率是(shi)否夠高，綜(zōng)合成本是(shì)否最低?
d)基(jī)闆材料與(yǔ)清洗劑的(de)兼容性，因(yin)爲清潔劑(jì)的選擇不(bú)隻是考慮(lü)是否能夠(gòu)較好地清(qing)潔助焊劑(ji)，同時還要(yao)考慮與基(jī)材的兼容(rong)性問題，一(yī)個強勁的(de)清潔劑是(shì)否對清潔(jié)件上的金(jin)屬、塑料、黑(hēi)色鍍膜、标(biāo)記、塗料、标(biao)簽、膠黏劑(ji)等是否有(yǒu)腐蝕，産生(shēng)産品疵點(diǎn)？這是一個(gè)工藝工程(chéng)師要認真(zhēn)評估和慎(shèn)重考慮的(de)。
總之，一個(ge)好的清洗(xǐ)必須滿足(zú)的條件是(shi)：合适的清(qīng)洗劑，優良(liang)的清洗設(she)備，合理的(de)工藝參數(shù)，經濟的清(qīng)洗成本，達(da)到完美的(de)清潔效果(guǒ)……清洗輕松(song)實現！
