电子产品PCBA加工清洗详解

日期:2018-05-27 / 人气: / 来源:www.

清洗作为PCBA电子组装的工序之一,随着组 装密度和复杂性的不断提高,在军用、航空航 天等高可靠性产品的生产中再次成为焦点,越来越引起业界重视。为了提 高电子产品的可靠性和质量,必须严格控制PCBA残留物的存在,必要时 必须彻底清除这些污染物。文章从 生产制造和代工的角度系统进行清洗工艺的理论与实践探讨。

电子产 品是由各种电子元器件组装在印制板上,进而组合成整机。最基本 的组装过程是印制电路板组件(简称PCBA)组装(也称电装),PCBA组装中软钎焊(即锡焊)过程是 影响电气性能和可靠性的重要环节。根据中 国赛宝实验室可靠性研究分析中心提供的PCBA电装品 质问题分析统计,腐蚀、电迁移引起的短路、断路等 后期使用失效问题占4%,是产品 可靠性的几大杀手之一。

过去人 们对于清洗的认识还不够,主要是 因为电子产品的PCBA组装密度不高,认为助 焊剂残留是不导电的、良性的,不会影响到电气性能。

现如今 的电子组装件设计趋于小型化,更小的器件,更小的间距,引脚和 焊盘都越来越靠近,存在的缝隙越来越小,污染物 可能会卡在缝隙里,这就意 味着比较小的微粒如果残留在两个焊盘之间有可能引起短路的潜在不良。

近两年 来的电子组装业对于清洗的要求呼声越来越高,不但是对产品的要求,而且对 环境的保护和人类的健康也较高要求,由此催 生了许许多多的清洗设备供应商和方案供应商,清洗也 成为电子组装行业的技术交流研讨的主要内容之一。

PCBA加工污染有哪些

污染物 的定义为任何使PCBA的化学、物理或 电气性能降低到不合格水平的表面沉积物、杂质、夹渣以及被吸附物。主要有以下几个方面:

1. 构成PCBA的元器件、PCB的本身 污染或氧化等都会带来PCBA板面污染;

2. PCBA在生产制造过程中,需使用锡膏、焊料、焊锡丝等来进行焊接,其中的 助焊剂在焊接过程中会产生残留物于PCBA板面形成污染,是主要的污染物;

3. 手工焊 接过程中会产生的手印记,波峰焊 焊接过程会产生一些波峰焊爪脚印记和焊接托盘(治具)印记,其PCBA表面也 可能存在不同程度的其它类型的污染物,如堵孔胶,高温胶带的残留胶,手迹和飞尘等;

4. 工作场地的尘埃,水及溶剂的蒸气、烟雾、微小颗粒有机物,以及静 电引起的带电粒子附着于PCBA的污染。

以上说 明污染物主要来源于组装工艺过程,特别是焊接工艺过程。

在焊接过程中,由于金 属在加热的情况下会产生一薄层氧化膜,这将阻碍焊锡的浸润,影响焊 接点合金的形成,容易出现虚焊、假焊现象。助焊剂 具有脱氧的功能,它可以 去掉焊盘和元器件的氧化膜,保证焊 接过程顺利进行。所以,在焊接 过程中需要助焊剂,助焊剂 在焊接过程中对于良好焊点的形成,足够的 镀通孔填充率起着至关重要的作用。

焊接中 助焊剂的作用是清除PCB板焊接 表面上的氧化物使金属表面达到必要的清洁度,破坏融锡表面张力,防止焊 接时焊料和焊接表面再度氧化、增加其扩散力,有助于 热量传递到焊接区。助焊剂 的主要成份是有机酸、树脂以及其他成分。高温和 复杂的化学反应过程改变了助焊剂残留物的结构。残留物往往是多聚物、卤化物、同锡铅 反应产生的金属盐,它们有 较强的吸附性能,而溶解性极差,更难清洗。

污染有哪些危害

污染可 能直接或间接引起PCBA潜在的风险,诸如残 留物中的有机酸可能对PCBA造成腐蚀;残留物 中的电离子在通电过程中,因为两 焊盘之间电势差的存在会造成电子的移动,就有可能形成短路,使产品失效;残留物 会影响涂覆效果,会造成 不能涂敷或涂覆不良的问题;也可能暂时发现不了,经过时 间和环境温度的变化,出现涂层龟裂、翘皮,从而引起可靠性问题。

1. 腐蚀案例见图

经电子探针分析,发现焊 点表面除了碳氧及铅锡成份外,还有检 测到超出正常情况含量的卤素(Cl)。这种卤素离子的作用,在空气 与水分的帮助下,对焊点形成循环腐蚀,最终在 焊点表面及周边形成白色多孔的碳酸铅,失效部 位的焊点已经发白变色且多孔。如果PCBA组装时 由于使用了铁底材底引线脚底元器件,铁底材 由于缺乏焊料底覆盖,在卤素 离子以及水分的腐蚀下很快产生Fe3+,使板面发红。

另外,在潮湿环境下,具有酸 性的离子污染物还可以直接腐蚀铜引线、焊点及元器件,导致电气失效。

2. 电迁移案例


如果在PCBA表面有离子污染存在,极易发生电迁移现象,出现离 子化金属向相反电极间移动,并在反 向端还原成原来的金属而出现树枝状现象称为树枝状分布(树突、枝晶、锡须),枝晶的 生长有可能造成电路局部短路。

如果PCBA上使用了含银的焊料,在银腐蚀成银离子后,电迁移更易发生,电迁移失效的PCBA在进行 必要的清洗后功能常常恢复正常。

3. 电接触不良案例

在PCBA的组装工艺中,一些树 脂比如松香类残留物常常会污染金手指或其它接插件,在PCBA工作发 热时或炎热气候下,残留物会产生粘性,易于吸附灰尘或杂质,引起接 触电阻增大甚至开路失效。BGA焊点中PCB面焊盘 镍层存在腐蚀以及镍层表面富磷层的存在降低了焊点与焊盘的机械结合强度,当受到 正常应力作用时发生开裂,造成电接触失效。

PCBA污染物分类

PCBA上的污 染物主要是依靠物理键结合与化学键结合产生。所谓“物理键”结合,是指污染物与PCB表面之 间以分子间力相结合。通常物 理键键能相对较低,一般在0.8×103~2.1×104J/mol之间。附着在PCB上的松香、树脂、残胶等 属于物理键结合。所谓“化学键”结合,是指污染物与PCB表面之 间发生化学反应、形成原子之间的结合,生成离 子化合物或共价化合物,如松香 酸与金属形成的松香酸盐等。化学键的键能较强,在(4.2~8.4)×105J/mol之间。

对于PCBA的污染物,一般分为三大类型:

1. 极性污染物(也叫无机污染物、离子性残留物、离子污染物)

 PCBA上的这 种污染物是在一定条件下(放在溶液中时)可以电 离为带正电或负电的离子的一类物质,如卤化物、酸及其盐。不同的 离子污染物在不同的溶液中会以不同的速率分离为正负离子。

在潮湿的环境中,当电子部件加电时,极性污 染物的离子就会朝着带相反极性的导体迁移,可在导体之间(如焊好的引脚之间)形成树枝状金属物质,引起导 体之间的绝缘电阻下降,增加焊 点或导线间的漏电流,甚至发生短路。

离子污 染物主要有以下几种:

FluxActivators 助焊剂活性剂

Perspiration汗液

IonicSurfactants离子表面活性剂

Ethanolamines乙醇胺

OrganicAcids有机酸

Plating Chemistries电镀化学物质

2. 非极性污染物(也叫有机污染物、非离子污染物)

PCBA上的这 种污染物本身不导电,在电路 板上可能相当于一个电阻(绝缘体),可以阻 止或减小电流的流通。最典型 的是松香本身的树脂型残渣,波峰焊中的防氧化油,贴片机 或插装机的油脂或蜡,焊接工 艺过程中夹带的胶带残留物以及操作人员的肤油等。这些污染物自身发粘,吸附灰尘。这些有机残留物(如松香、油脂等)会形成绝缘膜,会防碍连接器、开关、继电器 等的接触表面之间的电接触,这些影 响会随环境条件的变化及时间延长加剧,引起接触电阻增大,造成接 触不良甚至开路失效。有时松 香覆盖在焊点上还有碍测试,特别是 非极性污染物在极性污染物的配合下,还会加剧污染的程度。

离子污 染物主要有以下几种:

Rosin松香

Oils油

Greases油脂

HandLotion 洗手液

Silicone硅树脂

Adhesive胶

3. 粒状污染物

粒状污 染物通常是工作环境中的灰尘、烟雾,棉绒、玻璃纤 维丝和静电粒子等在 PCB 上留下的尘埃、以及焊 接时出现的焊球或锡珠锡渣。它们也 能降低电气性能或造成电短路,对电子 组装产品造成危害。

粒状污 染物可以采用机械方式如高压气体喷吹、人工剥离、清洗多种方式来去除。

PCBA清洗的目的,为什么要进行PCBA清洗

1. 外观及电性能要求

PCBA上的污 染物最直观的影响是PCBA的外观,如果在 高温潮湿的环境中放置或使用,有可能 出现残留物吸湿发白现象。由于在 组件中大量使用无引线芯片、微型BGA、芯片级封装(CSP)和0201元件,元件和 电路板之间的距离不断缩小,板的尺寸变小,组装密度越来越大。事实上,如果卤 化物藏在元件下面或者元件下面根本清洗不到的地方,进行局 部清洗可能造成因卤化物释放而带来的灾难性后果。这还会引起枝晶生长,结果可能引起短路。

离子污 染物如果清洗不当会造成很多问题:较低的表面电阻,腐蚀,导电的 表面残留物在电路板表面会形成树枝状分布(树突),造成电路局部短路,如图。

对于军 事电子装置使用可靠性而言,一个重 大威胁是锡须和金属互化物。这个问题一直都存在。锡须和 金属互化物最后会引起短路。在潮湿 的环境和有电的情况下,如果组 装件上的离子污染过多,可能会造成问题。例如由 于电解锡须的生长,导体的腐蚀,或者绝缘电阻降低,会引起 电路板上的走线短路,如图

非离子 污染物清洗不当,也同样 会造成一系列问题。可能造 成电路板掩膜附着不好,接插件的接触不良,对移动 部件和插头的物理干涉和敷形涂层附着不良,同时非 离子污染物还可能包裹离子污染物在其中,并可能 将另外一些残渣和其它有害物质包裹并带进来。这些都 是不容忽视的问题。

2. 三防漆涂覆需要

要使得 三防漆涂覆可靠,必须使PCBA的表面清洁度符合IPC-A-610E-2010三级标准要求。在进行 表面涂覆之前没有清洗掉的树脂残留物会导致保护层分层,或者保护层出现裂纹;活化剂 残留物可能会引起涂层下面出现电化学迁移,导致涂 层破裂保护失效。研究表明,通过清洗可以增加50%涂敷粘结率。

3. 免清洗也需要清洗

按照现行标准,免清洗 一词的意思是说电路板上的残留物从化学的角度上看是安全的,不会对 电路板产生任何影响,可以留在电路板上。检测腐蚀、表面绝缘电阻(SIR)、电迁移 还有其他专门的检测手段主要是用来确定卤素/卤化物含量,进而确 定免清洗的组装件在完成组装后的安全性。不过,即使使 用固含量低的免清洗助焊剂,仍会有 或多或少的残留物。对于可 靠性要求高的产品来讲,在电路 板上是不允许存在任何残留物或者其他污染物的。对于军事应用来讲,即使是 免洗电子组装件都规定必须清洗。

pcba清洗原理,PCBA清洗过程详解

清洗就 是清除污染物的过程,主要是 采用溶液清洗方法,通过污 染物和溶剂之间的溶解作用或化学反应,破坏污染物与PCB之间的 物理键或化学键的结合力,从而达 到分离污染物的目的,将污染物从PCBA上去除。不论是 松香还是有机酸以及它们的锡盐或铅盐,都有一定的溶解度,通过从 电路板面向清洗剂里转移这一过程完成残留物的去除。在溶解过程中,提高清 洗剂温度或辅以超声波以及刷洗,都会加 快清洗速度和提高清洗效果。

PCBA装焊后 的清洗是一项增值的工艺过程,其主要 任务是清除焊接之后的助焊剂残余物、胶带的 残胶及其他人为污染,目的是提高PCBA的使用可靠性。这在过 去曾被认为是不增值的劳动,现在看 来是错误的认识。

PCBA的清洗,分为贴装(SMT工段)的清洗、插装(THT工段)的清洗,清洗可 以去除产品在各道加工过程中表面污染物的堆积,并且可 以降低产品可靠性在表面污染物方面的风险。

清洗PCBA,首先要 确定的是清洗剂与电路板在焊接过程中产生的残留物相匹配,即要解 决助焊剂残留与清洗剂的兼容性,以便能 容易将残留去除并达到满足清洁度的目标。一个有效的清洗工艺,必须保 证焊接温度曲线参数、清洗工艺设置参数、焊膏焊 料及助焊剂所有参数都达到最佳匹配范围。

对于波 峰焊焊接有可能过炉后的助焊剂、阻焊膜 二者间有所反应造成暗污印迹,污染物 用手触及明显感到发粘,一般的清洗剂洗不掉。还可能 波峰焊温度曲线不合理,如果预热温度过高,助焊剂会玻璃化,使它不能起助焊作用,会在板 上形成一层不可接受的污染物。

采用化 学溶剂的清除助焊剂焊接残留物的溶解过程大多数是依靠碱性PH值的清洗剂,清洗剂 中含有金属离子,这些金 属离子可以促进化学反应形成铅盐,有些铅盐Pb(NO)3易溶于水,其他的则不溶于水,这些铅盐聚集在PCBA表面形 成了白色沉淀物。

随着技 术的进步和法规的变化,清洗产 品将面临越来越多的挑战。例如:CEE648标准、REACH,它们关 系到在清洗剂中可以或者不可以使用哪些化学产品。在过去的几年里,像CFC、ETD、ES、HCFC等清洗 剂技术已经被市场所淘汰,取而代 之的是无氯溶剂和水基清洗剂等新的清洗剂技术和新的清洗设备。

PCBA怎么清洗,PCBA清洗方法介绍

从清洗能力来讲,我们所 使用的溶剂中氯氟烃化三氯三氟乙烷(简称 CFC-113),具有脱脂效率高、对助焊 剂残渣溶解力强、易挥发、无毒、不燃不爆、对电子元器件和 PCB 无腐蚀 以及性能稳定等优点,是一种 最为理想的溶剂。但它对 大气臭氧层有破坏作用,严重危 害人类的生存环境。1987年在加 拿大蒙特利尔各国政府签署了保护臭氧层协定书—《关于消 耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,业界不断进行探索,寻求较 好的禁止使用消耗臭氧层物质(ODS,ozonedepleting substance)的替代清洗溶剂。到目前为止,还没有 可完全替代且在清洗能力上优异的溶剂。

大部分 的中小型代工厂或生产制造工厂基于成本的考虑,均采用 手工刷洗的清洗方式。即用防 静电刷沾清洗剂在PCB上刷洗,将PCB倾斜成45°角,用刷子从上往下刷,让清洗 剂溶解残留后随清洗剂流下去。主要用 于局部清洗或对于有些PCB上有不 能清洗的元件的PCBA的清洗,此工艺方法虽然简单,但效率低下,清洗剂消耗量大。

对于知 名的代工厂或大型生产制造工厂陆续重新考虑清洗工艺,配置相 应的在线式清洗机或离线式清洗机,以设备 清洗替代人工清洗,保证PCBA清洗品质。

在实际的清洗过程中,经常会 出现手工焊接的PCBA,在放置 后出现板面发白现象,白色印 迹散布在焊点周围异常突出,或者波峰焊焊接的PCBA板面清 洗出现暗污印迹严重影响外观验收,不符合IPC-A-610E-2010标准。

白色残留物在PCBA上是常见的污染物,一般多 为焊剂的副产物。常见的 白色残留物是聚合松香,未反应 的活化剂以及焊剂与焊料的反应生成物氯化铅或溴化物等,这些物质在吸潮后,体积膨胀,部分物 质还与水发生水合反应,白色残留日趋明显,这些残留物吸附在PCB上除去异常困难,若过热或高温时间长,出问题更严重,从焊接工艺前后的PCB表面的 松香及残留物的红外光谱分析结果证实了这一过程。

不管板 子在清洗后出现白色残留,或者是 免清洗的板子存储后出现白色物质,还是返 修时发现的焊点上的白色物质,无非有四种情况:

1. 焊剂中的松香:大多数清洗不干净、存储后、焊点失 效后产生的白色物质,都是焊 剂中本身固有的松香。松香通常是透明、硬且脆 的无固定形状的固态物质,不是结晶体,松香在 热力学上不稳定,有结晶的趋向。松香结晶后,无色透 明体就变成了白色粉末。如果清洗不干净的话,白色残 留就可能是松香在溶剂挥发后形成的结晶粉末。当PCB在高湿条件下存储,当吸收 的水分达到一定程度时,松香就 会从无色透明的玻璃态向结晶态逐渐转变,在视角 上看就是形成白色粉末。究其本质仍是松香,只是形态不同,仍具有良好的绝缘性,不会影 响到板子的性能。松香中 的松香酸和卤化物(如果使用的话)一起作为活性剂使用。人造树脂通常在低于100℃以下不 与金属氧化物反应,但温度高于100℃时反应迅速,它们挥发与分解快,在水中的可溶性低。

2. 松香变性物:这是板 子在焊接过程中,松香与 焊剂发生反应所产生的物质,而且这 种物质的溶解性一般很差,不容易被清洗,滞留在板子上,形成白色残留物。但是这 些白色物质都是有机成分的,仍能保 证板子的可靠性。

3. 有机金属盐:清除焊 接表面氧化物的原理是有机酸与金属氧化物反应生成可溶于液态松香的金属盐,冷却后 与松香形成固溶体,在清洗 中随松香一起除去。如果焊接表面、零部件氧化程度很高,焊接后 生成物的浓度就会很高。当松香 的氧化程度太高时,可能会 与未溶解的松香氧化物一起留在板子上。这时候 板子的可靠性会降低。

4. 金属无机盐:这些可 能是焊料中的金属氧化物与助焊剂或焊膏中的含卤活性剂、PCB焊盘中的卤离子、元器件 表面镀层中的卤离子残留、FR4材料含 卤材料在高温时释放的卤离子反应生成的物质,一般在 有机溶剂中的溶解度很小。

在组装过程中,对于电 子辅料极有可能使用了含卤素的助焊剂(虽说供 应商提供的都是环保助焊剂,但完全 不含卤素的助焊剂还是比较少的),焊接后 板面残留有卤素类离子(F、Cl、Br、l)。这些离 子状卤素残留物,本身不是白的,也不足 以导致板面泛白。这类物 质遇水或受潮后生成了强酸,这些强 酸开始和焊点表面的氧化层起反应,就生成了酸盐,也就是 看到的白色物质。

Pb + 1/2 O2 ===== PbO

PbO + 2HCl ===== PbCl + H2O

PbCl + H2O + CO2 ===== PbCO3(白色粉末状腐蚀物) + 2HCl

盐酸还 会腐蚀存在的铜,形成氧化铜

CuO + 2HCl ===== CuCl2 + H2O

采用清洗剂清洗,由于差 的清洗剂中含有一定量的水分,在大量 使用清洗时会使板子吸湿,这些因 素加在一起就是为什么洗后板面仍泛白的原因。

PCBA清洗效果评估,PCBA怎样算清洗干净

PCBA清洗效 果的定性和量化检验,通过洁 净度指标来评估。

洁净度等级标准

按中华 人民共和国电子行业军用标准SJ20896-2003中有关规定,根据电 子产品可靠性及工作性能要求,将电子 产品洁净度分为三个等级,如表

PCBA电子产品洁净度等级
洁净等级 产品类型 离子污染物含量 萃取溶液电阻率 焊剂残留量
1 高可靠性PCBA产品 <1.5mg/ml >2*10^6Ω.cm <40ug/ml
2 耐用型PCBA产品 1.5~3.0mg/ml <100ug/ml
3 一般PCBA产品 3.0~5.0mg/ml <200ug/ml

在实际工作中,根除污 染实际上几乎是不可能的,一个折 中的办法就是确定电路板上的污染可以和不可以接受的程度。按照IPC-J-STD-001E标准助 焊剂残留三级标准规定<40μg/cm2,离子污 染物含量三级标准规定≤1.5(Nacl)μg/cm2,萃取溶液电阻率>2×106Ω·cm。

请注意,随着PCBA的微型化,几乎可 以肯定这个含量是太高了。现在常 用的是离子污染物要求大约≤0.2(Nacl)μg/cm2。

PCBA洁净度检测方法,怎样检测PCBA是否干净

1. 目测法

利用放大镜(X5)或光学显微镜对PCBA进行观察,通过观 察有无焊剂固体残留物、锡渣锡珠、不固定 的金属颗粒及其它污染物,来评定清洗质量。通常要求PCBA表面必须尽可能清洁,应看不 到残留物或污染物的痕迹,这是一个定性的指标,通常以 用户的要求为目标,自己制 定检验判断标准,以及检 查时使用放大镜的倍数。这种方 法的特点是简单易行,缺点是 无法检查元器件底部的污染物以及残留的离子污染物,适合于 要求不高的场合。

2. 溶剂萃取液测试法

溶剂萃 取液测试法又称离子污染物含量测试。它是一 种离子污染物的含量平均测试,测试一般都是采用IPC方法(IPC-TM-610.2.3.25),它是将清洗后的PCBA,浸入离 子度污染测定仪的测试溶液中(75%±2%的纯异丙醇加25%的DI水),将离子 残留物溶解于溶剂中,小心收集溶剂,测定它的电阻率。  

离子污 染物通常来源于焊剂的活性物质,如卤素离子,酸根离子,以及腐 蚀产生的金属离子,结果以 单位面积上的氯化钠(NaCl)当量数来表示。即这些离子污染物(只包括 那些可以溶入在溶剂)的总量,相当于多少的NaCl的量,并非在PCBA的表面 一定存在或仅存在NaCl。

3. 表面绝缘电阻测试法(SIR)

此法是测量PCBA上导体 之间表面绝缘电阻,表面绝 缘电阻的测量能指出由于污染在各种温度、湿度、电压和 时间条件下的漏电情况。其优点 是直接测量和定量测量;而且可 以检测局部区域是否存在焊剂。由于PCBA焊膏中 的残留焊剂主要存在于器件与PCB的夹缝中,特别是BGA的焊点,更难以清除,为了进 一步验证清洗效果,或者说 验证所使用的锡膏的安全性(电气性能),通常采 用测量元器件与PCB夹缝中 的表面电阻来检验PCBA的清洗效果。

一般SIR测量条 件是在环境温度85℃、环境湿度85%RH和100V测量偏压下,试验170小时。

4. 离子污 染物当量测试法(动态法)

5. 焊剂残留量的检测

PCBA清洗常用工艺,怎样清洗PCBA

现在,很多PCBA的生产 制造中都用到了清洗工艺,对于不 同级别要求的产品、采用的 助焊剂以及经过的工序的差别,需采用的清洗剂、所需设备、工艺都不相同。大部分 设备供应商都推出了清洗机设备及其清洗方案,并首先 对制造工厂的焊接后的残留物的检测分析,然后给 出针对性的系统清洗解决方案。有全自 动化的在线式清洗机、半自动 化的离线式清洗机、手工清洗机等,有适用于全水基(用离子水清洗)、半水基(用化学 物质水溶液清洗,如皂化液)以及全 化学溶剂的方式清洗。很多公 司倾向于采用水基清洗剂,并向环 境友好方向发展。全球知 名清洗产品及技术支持供应商有ZESTRON、KYZEN等。
PCBA清洗机器

1. 全自动 化的在线式清洗机

一种全自动 化的在线式清洗机实物图,见图7所示。该清洗机针对SMT/THT的PCBA焊接后 表面残留的松香助焊剂、水溶性助焊剂、免清洗性助焊剂/焊膏等有机、无机污 染物进行彻底有效的清洗。它适用于大批量PCBA清洗,采用安 全自动化的清洗设备置于电装产线,通过不 同的腔体在线完成化学清洗(或者水基清洗)、水基漂洗、烘干全部工序。清洗过程中,PCBA通过清 洗机的传送带在不同的溶剂清洗腔体内,清洗液必须与元器件、PCB表面、金属镀层、铝镀层、标签、字迹等材料兼容,特殊部 件需考虑能否经受清洗。

清洗工艺流程为:入板----化学预洗----化学清洗----化学隔离----预漂洗----漂洗----最后喷淋----风切干燥----烘干。

2. 半自动 化的离线式清洗机

一种半 自动化的离线式实物图,见图9所示。该清洗机针对SMT/THT的PCBA焊接后 表面残留的松香助焊剂、水溶性助焊剂、免清洗性助焊剂/焊膏等有机、无机污 染物进行彻底有效的清洗。它适用于小批量多品种PCBA清洗,通过人工的搬运进行可设置在产线的任何地方,离线在一个腔体内完成化学清洗(或者水基清洗)、水基漂洗、烘干全部工序。清洗过程中,PCBA通常需夹具固定或是放在篮子(basket)里进行,清洗液必须与元器件、PCB表面、金属镀层、铝镀层、标签、字迹等材料兼容,特殊部 件需考虑能否经受清洗。

PCBA在清洗篮中的放置密度和放置倾角是有一定要求的,这两个因素对清洗效果会有直接的影响。

3. 手工清洗机

手工清洗机针对SMT/THT的PCBA焊接后 表面残留的松香助焊剂、水溶性助焊剂、松香助焊剂、免清洗性助焊剂/焊膏等有机、无机污 染物进行彻底有效的清洗。它适用于小批量样品PCBA清洗,通过温度控制,适应MPC微相清洗剂手工清洗工艺,在一个恒温槽内完成化学清洗。

注意:超声波清洗作为投资少、便于实施的方案也为一些PCBA生产制造商所采用。但是,航天军工限(禁)用超声波清洗工艺,超声波清洗不应用于清洗电气或电子部件、元器件或装有电子元器件的部件,清洗时应采取保护措施,以防元器件受损(美军标DOD-STD-2000-4A《电气和电子设备通用焊接技术要求》);IPC-A-610E-2010三级标准也一般禁止超声波清洗工艺。

PCBA清洗系统设计与工艺考量

随着环保理念的深入人心、政府对破坏大气层的罪魁祸首氟利昂的禁用,业界寻找了免清洗工艺来节省成本和致力于环保,但随着组装密度和复杂性不断提高,引脚和焊盘之间的间隙越来越小,许多人开始担心电路板上的微粒对于电气性能潜在危害,随着使用时间的推移,不清洗PCBA可能会存在电化学迁移、漏电电流、高频电路中的信号失真等潜在风险。

近两年从国外开始重视起清洗问题,出现了许多的清洗设备供应商和方案公司,提供清洗设备、溶剂和清洗工艺服务。我国军工企业也相应开始这方面的应用研究,代工和生产制造企业的PCBA清洗的顾客要求越来越多。

对于清洗问题,在产品的生命周期中所有与产品有关的人员都必须把清洗纳入他们的计划中,从产品的策划设计开始就要考虑清洗的可制造性设计,PCB的设计、元器件的选择、组装工艺要求对产线的改造等等。

大多数设计师把清洗列为设计以后的事情,留给工艺工程师去做,但是PCB的布局设计对清洗的能力的影响极大,后续生产制造中的清洗并非能解决所有问题。

1. 控制PCB及元器件清洁度

来料PCB与元器件应保证表面无明显污染物,元器件表面的污染物也会因工艺原因带到PCB上。一般PCB的离子污染应控制在1.5mgNaCl/cm2以下,元器件在保持可焊性的同时,要保证同样的清洁度要求。

2. 防止PCBA转移过程污染

在不少企业组装好的PCBA随意堆放,车间环境差,无抽风设备,人员赤手空拳行事,极易引起PCBA板面的污染,汗渍污染却不可避免,因此必须采取必要的措施,保证作业条件必要的清洁度要求。

3. 焊料焊剂的选择

主要包括助焊剂、焊膏、焊锡条、焊锡丝。理想的焊剂在工艺中由于预热及焊接热,还有锡波的清洗,会使焊剂中的活性物质得到充分地利用,将清洁度保持到最佳。此外,SMT使用的部分焊膏的残留物极多,而且去除极难。因此选用焊料焊剂非常重要,最好从通过检测的产品中选择,并进行必要的工艺试验,使之与清洗过程相匹配,再确定使用。

4. 加强工艺控制

PCBA的主要残留物来自焊剂。因此在保证焊接质量的条件下,适当提高焊接时的预热及焊接温度,以及必要的焊接时间,使尽可能多的离子残留会随高温分解或挥发,从而得到清洁的PCBA。此外,其他控制措施,比如采用防潮树脂保护PCBA的表面,间接地防止或降低离子残留物的影响,这也不失一个好办法。

在PCBA组装生产过程中,做好组装工夹具SMT钢网、焊接托盘的清洗其目的就是要防止污染,保证PCBA的洁净度。

5. 使用清洗工艺

绝大部分的PCBA的离子污染在清洗前难达到小于1.5mgNaCl/cm2,许多要求高的PCBA,必须经过严格的清洗。清洗时既要针对松香或树脂,又要针对离子性的残留,根据化学上的相似相溶原理清洗。清洗就是残留物的溶解过程,因此必须使用极性与非极性的混合溶剂,才能有效的去除PCBA的残留。

PCBA清洗注意事项

印制板组装件装焊后应尽快进行清洗(因为焊剂残留物会随着时间逐渐硬化并形成金属卤酸盐等腐蚀物),彻底清除印制板的残留焊剂、焊料及其它污染物。

在清洗时要防止有害的清洗剂侵入未完全密封的元器件内,以免对元器件造成损害或潜在的损害。

印制板组件清洗后,放入40~50℃的烘箱中烘烤干燥20~30分钟,清洗件未干燥前,不应用裸手触摸器件。

清洗不应对元器件、标识、焊点及印制板产生影响。

一般电子产品PCBA的组装要经过SMT+THT工艺流程,其间要经过波峰焊焊接、回流焊焊接、手工焊接及其他焊接过程,不管是什么方式的焊接,组装(电装)工艺过程都是主要的组装污染来源。清洗就是一个焊接残留物的溶解去除过程,清洗的目的是通过保证良好表面电阻、防止漏电,从而在本质上延长产品寿命。

从不断发展的电子产品市场可以看出,现代和未来的电子产品将会变得越来越小,对高性能和高可靠性的要求将比以往任何时候都更为强烈。彻底清洗是一项十分重要而技术性很强的工作,它直接影响到电子产品的工作寿命和可靠性,也关系到对环境的保护和人类的健康。要从整个生产工艺系统的角度来重新认识和解决焊接清洗问题,方案的实施要配合助焊剂、焊料焊膏、焊锡丝等焊接材料的使用,使有机溶剂、无机溶剂及其混合溶剂或者水洗或者免清洗与其做到匹配,才能有效除去残留,使清洗洁净度较容易得以满足顾客期望。

【格亚信电子】是专业从事电子产品设计、电子方案开发、电子产品PCBA加工的深圳电子方案公司,主要设计电子产品包括工控、汽车、电源、通信、安防、医疗电子产品开发。

公司核心业务是提供以工控电子、汽车电子、医疗电子、安防电子、消费电子、通讯电子、电源电子等多领域的电子产品设计、方案开发及加工生产的一站式PCBA服务,为满足不同客户需求可提供中小批量PCBA加工。

公司产品涵盖工业生产设备控制设备电子开发、汽车MCU电子控制系统方案设计、伺服控制板PCBA加工、数控机床主板PCBA加工,智能家居电子研发、3D打印机控制板PCBA加工等领域。业务流程包括电子方案开发设计、PCB生产、元器件采购、SMT贴片加工、样机制作调试、PCBA中小批量加工生产、后期质保维护一站式PCBA加工服务。

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