電路闆組(zu)裝中的清(qing)洗問題解(jie)析
上傳時(shi)間：2016-6-6 11:12:53 作者：昊(hao)瑞電子
清(qing)洗的理由(you)
自實施蒙(meng)利特爾議(yi)定書後，免(mian)洗助焊劑(ji)被大多數(shu)電子制造(zao)廠使用，電(dian)路闆組裝(zhuang)的清洗幾(ji)乎隻在軍(jun)工、航天、醫(yi)療等高可(ke)靠性電路(lu)闆上實施(shi)。但是随着(zhe)電子産品(pin)的小型化(hua)和功能的(de)多樣化，I/O數(shu)量不斷提(ti)高，元器件(jian)間距變的(de)越來越微(wei)小，産品的(de)應用領域(yu)和使用的(de)自然環境(jing)不斷引深(shen)拓展，免清(qing)洗助焊劑(ji)的相對可(ke)靠性受到(dao)前所未有(you)的挑戰。原(yuan)因是：本來(lai)在許多産(chan)品的免清(qing)洗制程中(zhong)，難免有部(bu)分助焊劑(ji)是沒有經(jing)過制程回(hui)流焊接時(shi)的回流高(gao)溫和波峰(feng)焊接的錫(xi)波的高溫(wen)，也就是，助(zhu)焊劑沒有(you)經過使其(qi)能産生聚(ju)合反應的(de)高溫而還(hai)表現爲合(he)成樹脂的(de)特性，在潮(chao)濕的環境(jing)呈現酸性(xing)的本質，而(er)對元器件(jian)和PCB的焊點(dian)産生腐蝕(shi)作用，這就(jiu)是我們爲(wei)什麽總會(hui)看到一些(xie)免清洗産(chan)品在放置(zhi)一段時間(jian)後其連接(jie)器PIN針或者(zhe)PCB金手指或(huo)定位螺絲(si)孔上常常(chang)看到銅綠(lü)的原因。這(zhe)些免清洗(xi)助焊劑往(wang)往是在波(bo)峰焊接時(shi)毛細現象(xiang)或液體本(ben)身的潤濕(shi)力所作用(yong)，跑到焊錫(xi)沒能觸及(ji)的地方，還(hai)有就是烙(lao)鐵焊錫時(shi)使用助焊(han)劑也難免(mian)擴散到焊(han)點以外的(de)區域。另外(wai)，免清洗助(zhu)焊劑的殘(can)留物在潮(chao)濕的情況(kuang)下，表面離(li)子殘留物(wu)會形成樹(shu)枝狀結晶(jing)體，而樹枝(zhi)狀結晶體(ti)往往會引(yin)起電氣遷(qian)移造成短(duan)路，再者在(zai)免清洗助(zhu)焊劑中常(chang)常包裹着(zhe)從錫膏中(zhong)遊離出來(lai)的錫球，這(zhe)些錫球一(yi)般不經過(guo)清洗是很(hen)難清除的(de)，這對于越(yue)來越小的(de)電氣間距(ju)是個麻煩(fan)……，上述諸多(duo)因素迫使(shi)清洗的回(hui)歸是一種(zhong)必然的結(jie)果。
清洗的(de)目的
将PCBA的(de)助焊劑殘(can)留焊膏、錫(xi)球、雜質、灰(hui)塵、油漬等(deng)有害污染(ran)清除；爲消(xiao)除腐、蝕靜(jing)電損害；提(ti)高産品的(de)使用壽命(ming)；更好地滿(man)足客戶不(bu)斷提出的(de)高質量和(he)高可靠性(xing)的要求……。
傳(chuan)統清洗不(bu)再适應
先(xian)來了解一(yi)下傳統的(de)清洗方法(fa)在清洗時(shi)的局限性(xing)吧，或許有(you)人會問，既(ji)然免清洗(xi)助焊劑不(bu)可靠了，那(na)是否還是(shi)回歸早先(xian)的水溶性(xing)助焊劑或(huo)是溶劑型(xing)助焊劑的(de)使用？回答(da)是否定的(de)，先不說清(qing)洗成本的(de)問題，更要(yao)考慮的是(shi)可靠性和(he)環境保護(hu)的問題。還(hai)是先來說(shuo)說環境的(de)問題吧，傳(chuan)統的水溶(rong)性助焊劑(ji)的清洗後(hou)的的大量(liang)廢水排放(fang)是個令人(ren)頭痛的問(wen)題，必須經(jing)過廢水處(chu)理才能排(pai)放，中國的(de)環境政策(ce)想必大家(jia)都已經感(gan)覺到了，而(er)傳統的溶(rong)劑清洗其(qi)對環境的(de)影響更是(shi)有過之而(er)無不及，早(zao)已經被環(huan)境法規否(fou)定……。再說清(qing)洗效果的(de)問題：随着(zhe)元器件的(de)尺寸微型(xing)化，微型BGA，CSP,QFN等(deng)元器件的(de)普遍使用(yong)，微小的元(yuan)件間距和(he)元器件與(yu)PCB的間隙不(bu)斷下降爲(wei)清洗的效(xiao)果帶來困(kun)難和麻煩(fan)，已經不是(shi)傳統的清(qing)洗所能達(da)到的，而傳(chuan)統清洗型(xing)助焊劑的(de)殘留存在(zai)是任何産(chan)品都不能(neng)接受的，因(yin)此一種高(gao)效安全的(de)解決方案(an)變得尤爲(wei)重要和迫(po)切。
清洗的(de)挑戰
随着(zhe)電路闆的(de)元器件密(mi)度的不斷(duan)提高和元(yuan)器件的微(wei)型化，免清(qing)洗技術顯(xian)得有些乏(fa)力。高密度(du)使得元器(qi)件的間距(ju)和空間有(you)限，同時産(chan)生了更大(da)的電子場(chang)。清洗成爲(wei)一種滿足(zu)最先進技(ji)術的唯一(yi)可行方案(an)，但對于倒(dao)裝芯片﹑QFN﹑Micro BGA 和(he)小型片式(shi)阻容元器(qi)件，其下面(mian)的助焊劑(ji)殘留去除(chu)起來相當(dang)的困難；無(wu)鉛化的制(zhi)程使得助(zhu)焊劑要求(qiu)有更高的(de)樹脂或松(song)香的含量(liang)，這樣會使(shi)得助焊劑(ji)在小空間(jian)堆積更爲(wei)嚴重，使得(de)清洗劑滲(shen)透困難重(zhong)重;再者就(jiu)是更高的(de)無鉛溫度(du)和多次回(hui)流過程使(shi)得助焊劑(ji)殘留清洗(xi)起來更加(jia)困難。綜合(he)上述因素(su)，電子組裝(zhuang)産品的清(qing)洗越來越(yue)不容易，這(zhe)就要求有(you)更好的清(qing)潔效果的(de)清洗材料(liao)來解決這(zhe)些清洗困(kun)難﹑耐清洗(xi)産品的清(qing)洗難題，對(dui)于清洗材(cai)料和清洗(xi)工藝條件(jian)無疑是個(ge)挑戰，這就(jiu)要求清洗(xi)劑要進行(hang)化學方面(mian)的創新，清(qing)洗設備和(he)清洗工藝(yi)方面也要(yao)不斷改進(jin)。
新型的清(qing)洗劑
科技(ji)的發展給(gei)我們帶來(lai)了更好的(de)解決辦法(fa)，一
類新型(xing)的水基型(xing)清洗劑采(cai)用剝離的(de)原理，使用(yong)微相技術(shu)把污染物(wu)從清洗件(jian)表面剔除(chu)下來，再将(jiang)污染物轉(zhuan)移至周圍(wei)的水相中(zhong)。這種清洗(xi)劑的機理(li)是：經過加(jia)熱或擾動(dong)（如噴淋等(deng)）形成微相(xiang)，微相剝離(li)污染物，被(bei)剝離的污(wu)染物又可(ke)輕易地被(bei)過濾出來(lai)，這就使得(de)清洗液有(you)很長的壽(shou)命周期，而(er)且這類清(qing)洗劑無表(biao)面活性劑(ji)和無固态(tai)物的配方(fang)，使得清洗(xi)件幹燥後(hou)不會有殘(can)留物。與傳(chuan)統的清潔(jie)劑（表面活(huo)性劑清洗(xi)劑）相比有(you)：使用壽命(ming)長——不會因(yin)靠表面活(huo)性劑和污(wu)染物的永(yong)久結合導(dao)緻溶液中(zhong)的有效成(cheng)分逐漸減(jian)少而壽命(ming)縮短，隻要(yao)經過簡單(dan)的沉澱和(he)過濾便可(ke)重新利用(yong)；清洗後安(an)全可靠——不(bu)會因表面(mian)活性劑在(zai)清洗件表(biao)面的殘留(liu)而引起可(ke)靠性的擔(dan)憂，成本低(di)——清洗劑耐(nai)用且不需(xu)要廢液處(chu)理的費用(yong)……
清洗的工(gong)藝問題
有(you)了新型的(de)清洗劑爲(wei)基礎，清洗(xi)工程因此(ci)變得簡單(dan)多了，可較(jiao)爲輕松的(de)去實現，爲(wei)使清洗工(gong)程更清晰(xi)化，接下來(lai)就清洗的(de)工藝問題(ti)加以解釋(shi)。先來了解(jie) 清洗的工(gong)藝決定要(yao)素：a）清洗劑(ji)的性質；b) 清(qing)洗設備的(de)清潔能力(li)；c)助焊劑的(de)選配；d)基闆(pan)材料與清(qing)洗劑的兼(jian)容性等。下(xia)面就這幾(ji)大工藝要(yao)素分别加(jia)以闡述，以(yi)便對清洗(xi)工藝有個(ge)較爲全面(mian)的了解。
a) 清(qing)洗劑的性(xing)質要求：1.能(neng)與助焊劑(ji)殘留物種(zhong)類相匹配(pei)，做到有效(xiao)地清潔幹(gan)淨清洗件(jian)表面的助(zhu)焊劑殘留(liu)物，而不會(hui)留下污染(ran)，滿足電路(lu)闆的清洗(xi)要求。2.與清(qing)洗基闆和(he)元器件材(cai)料兼容能(neng)力強，做到(dao)達到清潔(jie)幹淨的同(tong)時又不會(hui)和基闆或(huo)組件的材(cai)料發生反(fan)應，留下不(bu)良或疵點(dian)。3.能有效滲(shen)透，表面張(zhang)力低，小的(de)表面能夠(gou)使得清洗(xi)劑能夠滲(shen)透到任何(he)有助焊劑(ji)殘留的地(di)方，QFN等類型(xing)的元器件(jian)的普遍使(shi)用，給清洗(xi)劑的可滲(shen)透性提出(chu)了更高的(de)要求。4.滿足(zu)法規的要(yao)求 （---VOC，---BOD/COD/ROHs ）5.穩定性(xing)好，抗氧化(hua)，溶解性好(hao)，不産生大(da)量泡沫。6.清(qing)洗時清潔(jie)劑的溶度(du)合理，其實(shi)，一個優良(liang)的清洗劑(ji)還應具備(bei)清洗時的(de)溶度越低(di)越好，在一(yi)個較低的(de)溶度範圍(wei)内能達到(dao)一個理想(xiang)的效果，這(zhe)使清洗劑(ji)的工藝窗(chuang)口更寬廣(guang)。7.還有就是(shi)在清洗時(shi)溫度“适中(zhong)”，以滿足大(da)多數清洗(xi)設備的加(jia)熱能力要(yao)求，合适的(de)溫度能增(zeng)強清洗劑(ji)的清洗能(neng)力。8.是清洗(xi)的速度快(kuai)，能迅速溶(rong)解或剝離(li)助焊劑殘(can)留物，達到(dao)快速清洗(xi)的結果。
b) 清(qing)洗設備的(de)要求：1.能提(ti)供足以清(qing)洗到位的(de)機械能，清(qing)洗到最爲(wei)困難敏感(gan)的區域，随(sui)着現代電(dian)子制造技(ji)術的飛速(su)發展，元件(jian)之間的間(jian)隙不斷縮(suo)小，元件和(he)基闆的間(jian)隙不斷下(xia)降，有的已(yi)經到了2mil以(yi)下了，還有(you)就是無鉛(qian)制程中的(de)高溫和高(gao)聚合度的(de)助焊劑殘(can)留，沒有足(zu)夠的機械(xie)能量是無(wu)法清潔到(dao)或清潔幹(gan)淨這些頑(wan)垢的。定向(xiang)噴射時足(zu)夠的噴射(she)壓力是清(qing)洗的一個(ge)關鍵點。噴(pen)嘴的設計(ji)和噴嘴的(de)合理結構(gou)也成爲設(she)備設計時(shi)不可忽略(lue)的考慮。2.能(neng)夠提供足(zu)以清洗幹(gan)淨的清洗(xi)時間，怎樣(yang)才能有足(zu)夠的時間(jian)去清洗某(mou)一種有清(qing)潔度要求(qiu)的産品，同(tong)時又不會(hui)有時間的(de)浪費，除了(le)清洗實驗(yan)測定結果(guo)後，嚴格制(zhi)定清洗的(de)工藝參數(shu)外，在制程(cheng)中的實時(shi)檢測爲産(chan)品的清潔(jie)度保證和(he)資源又不(bu)至浪費是(shi)一個明智(zhi)的手段。3.清(qing)洗液的溫(wen)度控制是(shi)清洗工藝(yi)的一個關(guan)鍵點，在清(qing)洗時清洗(xi)劑的溫度(du)對清洗效(xiao)果是直接(jie)的，前面已(yi)經提到加(jia)熱是清洗(xi)劑形成微(wei)相的條件(jian)，由此可知(zhi)溫度對清(qing)洗效能的(de)重要，因此(ci)控制在一(yi)個合适的(de)溫度範圍(wei)内的清洗(xi)是很有必(bi)要的。4.清洗(xi)液的濃度(du)控制也是(shi)影響産品(pin)清洗效果(guo)的重中之(zhi)重，一個精(jing)确控制的(de)濃度爲清(qing)洗工藝的(de)穩定提供(gong)保證，也是(shi)穩定清洗(xi)成本的關(guan)鍵所在。5.幹(gan)燥過程的(de)自動化的(de)實現使得(de)清洗工作(zuo)變得簡便(bian)。6.滿足各類(lei)清洗劑的(de)要求是設(she)備的适應(ying)性的特點(dian)，耐腐蝕性(xing)成爲設備(bei)使用壽命(ming)和适應範(fan)圍的一個(ge)重要考慮(lü)。7.安全是必(bi)須的。8.強勁(jin)、操作簡便(bian)成爲設備(bei)生産者爲(wei)大批量清(qing)潔工作而(er)不可缺少(shao)的設計。9.清(qing)洗劑的循(xun)環使用，使(shi)得産品的(de)清洗成本(ben)變得可以(yi)接受，怎樣(yang)才能使清(qing)洗液充分(fen)回收，最大(da)限度的控(kong)制成本，直(zhi)接影響到(dao)設備的性(xing)價比。
C) 助焊(han)劑的選擇(ze)：或許有人(ren)說我們要(yao)選的是清(qing)潔掉助焊(han)劑的清潔(jie)劑，爲何反(fan)過來要我(wo)們重新去(qu)評估适合(he)清洗的助(zhu)焊劑？這不(bu)是問題複(fu)雜化？其實(shi)，清洗工程(cheng)本來就不(bu)簡單，有時(shi)少數的助(zhu)焊劑型号(hao)難以選配(pei)到有效清(qing)潔的清潔(jie)劑，在完全(quan)滿足焊接(jie)的前提下(xia)，選擇助焊(han)劑以匹配(pei)清洗劑有(you)時不失爲(wei)一個最爲(wei)簡單和明(ming)智的做法(fa)。有時候針(zhen)對特定的(de)産品，可選(xuan)擇的清潔(jie)劑不多，因(yin)要達到理(li)想的清洗(xi)效果而進(jin)行助焊劑(ji)的選擇的(de)情況也就(jiu)難免會出(chu)現，等等。在(zai)選擇助焊(han)劑時我們(men)要考慮的(de)主要方面(mian)：焊接是否(fou)理想，清潔(jie)是否徹底(di)，清洗效率(lü)是否夠高(gao)，綜合成本(ben)是否最低(di)?
d)基闆材料(liao)與清洗劑(ji)的兼容性(xing)，因爲清潔(jie)劑的選擇(ze)不隻是考(kao)慮是否能(neng)夠較好地(di)清潔助焊(han)劑，同時還(hai)要考慮與(yu)基材的兼(jian)容性問題(ti)，一個強勁(jin)的清潔劑(ji)是否對清(qing)潔件上的(de)金屬、塑料(liao)、黑色鍍膜(mo)、标記、塗料(liao)、标簽、膠黏(nian)劑等是否(fou)有腐蝕，産(chan)生産品疵(ci)點？這是一(yi)個工藝工(gong)程師要認(ren)真評估和(he)慎重考慮(lü)的。
總之，一(yi)個好的清(qing)洗必須滿(man)足的條件(jian)是：合适的(de)清洗劑，優(you)良的清洗(xi)設備，合理(li)的工藝參(can)數，經濟的(de)清洗成本(ben)，達到完美(mei)的清潔效(xiao)果……清洗輕(qing)松實現！
