產(chǎn)品中心
Product Center
電子產(chǎn)品是由各種電子元器件組裝在印制板上，進(jìn)而組合成整機(jī)。最基本的組裝過程是印制電路板組件（簡稱PCBA）組裝（也稱電裝），PCBA組裝中軟釬焊（即錫焊）過程是影響電氣性能和可靠性的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)中國賽寶實驗室可靠性研究分析中心提供的PCBA電裝品質(zhì)問題分析統(tǒng)計，腐蝕、電遷移引起的短路、斷路等后期使用失效問題占4%，是產(chǎn)品可靠性的幾大殺手之一。
過去人們對于清洗的認(rèn)識還不夠，主要是因為電子產(chǎn)品的PCBA組裝密度不高，認(rèn)為助焊劑殘留是不導(dǎo)電的、良性的，不會影響到電氣性能。
現(xiàn)如今的電子組裝件設(shè)計趨于小型化，更小的器件，更小的間距，引腳和焊盤都越來越靠近，存在的縫隙越來越小，污染物可能會卡在縫隙里，這就意味著比較小的微粒如果殘留在兩個焊盤之間有可能引起短路的潛在不良。
近兩年來的電子組裝業(yè)對于清洗的要求呼聲越來越高，不但是對產(chǎn)品的要求，而且對環(huán)境的保護(hù)和人類的健康也較高要求，由此催生了許許多多的清洗設(shè)備供應(yīng)商和方案供應(yīng)商，清洗也成為電子組裝行業(yè)的技術(shù)交流研討的主要內(nèi)容之一。
清洗的現(xiàn)狀
2.1 PCBA的污染
污染物的定義為任何使PCBA的化學(xué)、物理或電氣性能降低到不合格水平的表面沉積物、雜質(zhì)、夾渣以及被吸附物。主要有以下幾個方面：
（1）構(gòu)成PCBA的元器件、PCB的本身污染或氧化等都會帶來PCBA板面污染；
（2）PCBA在生產(chǎn)制造過程中，需使用錫膏、焊料、焊錫絲等來進(jìn)行焊接，其中的助焊劑在焊接過程中會產(chǎn)生殘留物于PCBA板面形成污染，是主要的污染物；
（3）手工焊接過程中會產(chǎn)生的手印記，波峰焊焊接過程會產(chǎn)生一些波峰焊爪腳印記和焊接托盤（治具）印記，其PCBA表面也可能存在不同程度的其它類型的污染物，如堵孔膠，高溫膠帶的殘留膠，手跡和飛塵等；
（4）工作場地的塵埃，水及溶劑的蒸氣、煙霧、微小顆粒有機(jī)物，以及靜電引起的帶電粒子附著于PCBA的污染。
以上說明污染物主要來源于組裝工藝過程，特別是焊接工藝過程。
在焊接過程中，由于金屬在加熱的情況下會產(chǎn)生一薄層氧化膜，這將阻礙焊錫的浸潤，影響焊接點合金的形成，容易出現(xiàn)虛焊、假焊現(xiàn)象。助焊劑具有脫氧的功能，它可以去掉焊盤和元器件的氧化膜，保證焊接過程順利進(jìn)行。所以，在焊接過程中需要助焊劑，助焊劑在焊接過程中對于良好焊點的形成，足夠的鍍通孔填充率起著至關(guān)重要的作用。
焊接中助焊劑的作用是清除PCB板焊接表面上的氧化物使金屬表面達(dá)到必要的清潔度，破壞融錫表面張力，防止焊接時焊料和焊接表面再度氧化、增加其擴(kuò)散力，有助于熱量傳遞到焊接區(qū)。助焊劑的主要成份是有機(jī)酸、樹脂以及其他成分。高溫和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程改變了助焊劑殘留物的結(jié)構(gòu)。殘留物往往是多聚物、鹵化物、同錫鉛反應(yīng)產(chǎn)生的金屬鹽，它們有較強(qiáng)的吸附性能，而溶解性極差，更難清洗。
TW-CL2000全自動水清洗機(jī)是一款節(jié)能環(huán)保、批量清潔的一體化綜合性高端清洗機(jī)，能自動完成清洗、漂洗、烘干功能。
主要用于航空、航天、電子、醫(yī)療、新能源、汽車等軍工和高端產(chǎn)品的多品種、小批量PCBA板的清洗，能有效清洗SMT/THT的PCBA焊接后表面殘留的松香助焊劑、水溶 性助焊劑、免清洗型助焊劑/焊膏等有機(jī)、無機(jī)污染物。
TW-CL2000專業(yè)清洗污染物/殘留 物 污染/殘留物組成與類型：
1、離子殘留物：
助焊劑活性劑、殘留電鍍鹽、蝕刻材料、操作過程污染、水溶性助焊劑成分等；
2、非離子殘留物：
助焊劑、油、脂、親水物質(zhì)、焊接化學(xué)反應(yīng)殘留、松香、合成樹脂、免洗焊劑有機(jī)化合物、錫絲焊劑增塑劑、指紋油、元器件釋放劑、不可溶的無機(jī)物化學(xué)成分、錫膏流變添加劑等；
3、微小顆粒殘留物：
錫球、錫渣、助焊反應(yīng)產(chǎn)品（白色殘留物）、水解式氧化松香、基板玻璃纖維、 阻焊材料、操作污染、PCB鉆孔粉塵、空氣灰塵等。
污染的危害
污染可能直接或間接引起PCBA潛在的風(fēng)險，諸如殘留物中的有機(jī)酸可能對PCBA造成腐蝕；殘留物中的電離子在通電過程中，因為兩焊盤之間電勢差的存在會造成電子的移動，就有可能形成短路，使產(chǎn)品失效；殘留物會影響涂覆效果，會造成不能涂敷或涂覆不良的問題；也可能暫時發(fā)現(xiàn)不了，經(jīng)過時間和環(huán)境溫度的變化，出現(xiàn)涂層龜裂、翹皮，從而引起可靠性問題。
（1）腐蝕案例見圖1所示
經(jīng)電子探針分析，發(fā)現(xiàn)焊點表面除了碳氧及鉛錫成份外，還有檢測到超出正常情況含量的鹵素（Cl）。這種鹵素離子的作用，在空氣與水分的幫助下，對焊點形成循環(huán)腐蝕，最終在焊點表面及周邊形成白色多孔的碳酸鉛，失效部位的焊點已經(jīng)發(fā)白變色且多孔。如果PCBA組裝時由于使用了鐵底材底引線腳底元器件，鐵底材由于缺乏焊料底覆蓋，在鹵素離子以及水分的腐蝕下很快產(chǎn)生Fe3＋，使板面發(fā)紅。
圖1 腐蝕
另外，在潮濕環(huán)境下，具有酸性的離子污染物還可以直接腐蝕銅引線、焊點及元器件，導(dǎo)致電氣失效。
如果在PCBA表面有離子污染存在，極易發(fā)生電遷移現(xiàn)象，出現(xiàn)離子化金屬向相反電極間移動，并在反向端還原成原來的金屬而出現(xiàn)樹枝狀現(xiàn)象稱為樹枝狀分布（樹突、枝晶、錫須），枝晶的生長有可能造成電路局部短路。
如果PCBA上使用了含銀的焊料，在銀腐蝕成銀離子后，電遷移更易發(fā)生，電遷移失效的PCBA在進(jìn)行必要的清洗后功能常常恢復(fù)正常。
電接觸不良案例見圖2所示
在PCBA的組裝工藝中，一些樹脂比如松香類殘留物常常會污染金手指或其它接插件，在PCBA工作發(fā)熱時或炎熱氣候下，殘留物會產(chǎn)生粘性，易于吸附灰塵或雜質(zhì)，引起接觸電阻增大甚至開路失效。BGA焊點中PCB面焊盤鎳層存在腐蝕以及鎳層表面富磷層的存在降低了焊點與焊盤的機(jī)械結(jié)合強(qiáng)度，當(dāng)受到正常應(yīng)力作用時發(fā)生開裂，造成電接觸失效。
圖2 BGA焊點開裂造成電接觸不良
2.3 污染物分類
PCBA上的污染物主要是依靠物理鍵結(jié)合與化學(xué)鍵結(jié)合產(chǎn)生。所謂“物理鍵”結(jié)合，是指污染物與PCB表面之間以分子間力相結(jié)合。通常物理鍵鍵能相對較低，一般在0.8×103～2.1×104J/mol之間。附著在PCB上的松香、樹脂、殘膠等屬于物理鍵結(jié)合。所謂“化學(xué)鍵”結(jié)合，是指污染物與PCB表面之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、形成原子之間的結(jié)合，生成離子化合物或共價化合物，如松香酸與金屬形成的松香酸鹽等?；瘜W(xué)鍵的鍵能較強(qiáng)，在（4.2～8.4）×105J/mol之間。
對于PCBA的污染物，一般分為三大類型：
（1）極性污染物（也叫無機(jī)污染物、離子性殘留物、離子污染物）
PCBA上的這種污染物是在一定條件下（放在溶液中時）可以電離為帶正電或負(fù)電的離子的一類物質(zhì)，如鹵化物、酸及其鹽。不同的離子污染物在不同的溶液中會以不同的速率分離為正負(fù)離子。
在潮濕的環(huán)境中，當(dāng)電子部件加電時，極性污染物的離子就會朝著帶相反極性的導(dǎo)體遷移，可在導(dǎo)體之間（如焊好的引腳之間）形成樹枝狀金屬物質(zhì)，引起導(dǎo)體之間的絕緣電阻下降，增加焊點或?qū)Ь€間的漏電流，甚至發(fā)生短路。
離子污染物主要有以下幾種：
FluxActivators 助焊劑活性劑
Perspiration汗液
IonicSurfactants離子表面活性劑
Ethanolamines乙醇胺
OrganicAcids有機(jī)酸
Plating Chemistries電鍍化學(xué)物質(zhì)
（2）非極性污染物（也叫有機(jī)污染物、非離子污染物）
PCBA上的這種污染物本身不導(dǎo)電，在電路板上可能相當(dāng)于一個電阻（絕緣體），可以阻止或減小電流的流通。最典型的是松香本身的樹脂型殘渣，波峰焊中的防氧化油，貼片機(jī)或插裝機(jī)的油脂或蠟，焊接工藝過程中夾帶的膠帶殘留物以及操作人員的膚油等。這些污染物自身發(fā)粘，吸附灰塵。這些有機(jī)殘留物（如松香、油脂等）會形成絕緣膜，會防礙連接器、開關(guān)、繼電器等的接觸表面之間的電接觸，這些影響會隨環(huán)境條件的變化及時間延長加劇，引起接觸電阻增大，造成接觸不良甚至開路失效。有時松香覆蓋在焊點上還有礙測試，特別是非極性污染物在極性污染物的配合下，還會加劇污染的程度。
離子污染物主要有以下幾種：
Rosin松香
Oils油Greases油脂
HandLotion 洗手液
Silicone硅樹脂
Adhesive膠
（3）粒狀污染物
粒狀污染物通常是工作環(huán)境中的灰塵、煙霧，棉絨、玻璃纖維絲和靜電粒子等在 PCB 上留下的塵埃、以及焊接時出現(xiàn)的焊球或錫珠錫渣。它們也能降低電氣性能或造成電短路，對電子組裝產(chǎn)品造成危害。粒狀污染物可以采用機(jī)械方式如高壓氣體噴吹、人工剝離、清洗多種方式來去除。
2.4 清洗的必要性
（1）外觀及電性能要求
PCBA上的污染物最直觀的影響是PCBA的外觀，如果在高溫潮濕的環(huán)境中放置或使用，有可能出現(xiàn)殘留物吸濕發(fā)白現(xiàn)象。由于在組件中大量使用無引線芯片、微型BGA、芯片級封裝（CSP）和0201元件，元件和電路板之間的距離不斷縮小，板的尺寸變小，組裝密度越來越大。事實上，如果鹵化物藏在元件下面或者元件下面根本清洗不到的地方，進(jìn)行局部清洗可能造成因鹵化物釋放而帶來的災(zāi)難性后果。這還會引起枝晶生長，結(jié)果可能引起短路。
離子污染物如果清洗不當(dāng)會造成很多問題：較低的表面電阻，腐蝕，導(dǎo)電的表面殘留物在電路板表面會形成樹枝狀分布（樹突），造成電路局部短路，如圖3所示。
圖3 由離子污染引起的樹枝狀的擴(kuò)散樹突導(dǎo)致短路
對于軍事電子裝置使用可靠性而言，一個重大威脅是錫須和金屬互化物。這個問題一直都存在。錫須和金屬互化物最后會引起短路。在潮濕的環(huán)境和有電的情況下，如果組裝件上的離子污染過多，可能會造成問題。例如由于電解錫須的生長，導(dǎo)體的腐蝕，或者絕緣電阻降低，會引起電路板上的走線短路，如圖4所示。
圖4 由離子污染引起的電解錫須的生長導(dǎo)致短路
非離子污染物清洗不當(dāng)，也同樣會造成一系列問題?？赡茉斐呻娐钒逖谀じ街缓?，接插件的接觸不良，對移動部件和插頭的物理干涉和敷形涂層附著不良，同時非離子污染物還可能包裹離子污染物在其中，并可能將另外一些殘渣和其它有害物質(zhì)包裹并帶進(jìn)來。這些都是不容忽視的問題。
（2）三防漆涂覆需要
要使得三防漆涂覆可靠，必須使PCBA的表面清潔度符合IPC-A-610E-2010三級標(biāo)準(zhǔn)要求。在進(jìn)行表面涂覆之前沒有清洗掉的樹脂殘留物會導(dǎo)致保護(hù)層分層，或者保護(hù)層出現(xiàn)裂紋；活化劑殘留物可能會引起涂層下面出現(xiàn)電化學(xué)遷移，導(dǎo)致涂層破裂保護(hù)失效。研究表明，通過清洗可以增加50%涂敷粘結(jié)率。
（3）免清洗也需要清洗
按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，免清洗一詞的意思是說電路板上的殘留物從化學(xué)的角度上看是安全的，不會對電路板產(chǎn)生任何影響，可以留在電路板上。檢測腐蝕、表面絕緣電阻（SIR）、電遷移還有其他專門的檢測手段主要是用來確定鹵素/鹵化物含量，進(jìn)而確定免清洗的組裝件在完成組裝后的安全性。不過，即使使用固含量低的免清洗助焊劑，仍會有或多或少的殘留物。對于可靠性要求高的產(chǎn)品來講，在電路板上是不允許存在任何殘留物或者其他污染物的。對于軍事應(yīng)用來講，即使是免洗電子組裝件都規(guī)定必須清洗。
3 清洗的原理
清洗就是清除污染物的過程，主要是采用溶液清洗方法，通過污染物和溶劑之間的溶解作用或化學(xué)反應(yīng)，破壞污染物與PCB之間的物理鍵或化學(xué)鍵的結(jié)合力，從而達(dá)到分離污染物的目的，將污染物從PCBA上去除。不論是松香還是有機(jī)酸以及它們的錫鹽或鉛鹽，都有一定的溶解度，通過從電路板面向清洗劑里轉(zhuǎn)移這一過程完成殘留物的去除。在溶解過程中，提高清洗劑溫度或輔以超聲波以及刷洗，都會加快清洗速度和提高清洗效果。
PCBA裝焊后的清洗是一項增值的工藝過程，其主要任務(wù)是清除焊接之后的助焊劑殘余物、膠帶的殘膠及其他人為污染，目的是提高PCBA的使用可靠性。這在過去曾被認(rèn)為是不增值的勞動，現(xiàn)在看來是錯誤的認(rèn)識。
PCBA的清洗，分為貼裝（SMT工段）的清洗、插裝（THT工段）的清洗，清洗可以去除產(chǎn)品在各道加工過程中表面污染物的堆積，并且可以降低產(chǎn)品可靠性在表面污染物方面的風(fēng)險。清洗PCBA，首先要確定的是清洗劑與電路板在焊接過程中產(chǎn)生的殘留物相匹配，即要解決助焊劑殘留與清洗劑的兼容性，以便能容易將殘留去除并達(dá)到滿足清潔度的目標(biāo)。一個有效的清洗工藝，必須保證焊接溫度曲線參數(shù)、清洗工藝設(shè)置參數(shù)、焊膏焊料及助焊劑所有參數(shù)都達(dá)到最佳匹配范圍。
對于波峰焊焊接有可能過爐后的助焊劑、阻焊膜二者間有所反應(yīng)造成暗污印跡，污染物用手觸及明顯感到發(fā)粘，一般的清洗劑洗不掉。還可能波峰焊溫度曲線不合理，如果預(yù)熱溫度過高，助焊劑會玻璃化，使它不能起助焊作用，會在板上形成一層不可接受的污染物。采用化學(xué)溶劑的清除助焊劑焊接殘留物的溶解過程大多數(shù)是依靠堿性PH值的清洗劑，清洗劑中含有金屬離子，這些金屬離子可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)形成鉛鹽，有些鉛鹽Pb(NO)3易溶于水，其他的則不溶于水，這些鉛鹽聚集在PCBA表面形成了白色沉淀物。
隨著技術(shù)的進(jìn)步和法規(guī)的變化，清洗產(chǎn)品將面臨越來越多的挑戰(zhàn)，現(xiàn)工業(yè)清洗行業(yè)使用的氟利昂、氯代姪等ODS (JgCFC-113,1.1.1-三氯乙烷，四氧化碳)物質(zhì)，嚴(yán)重破壞地球高空臭氧層，危害人類生態(tài)環(huán)境，是國際上《關(guān)于臭氧層耗損特質(zhì)的蒙特利爾議定書》限期停止生產(chǎn)和使用的物質(zhì)。為此我們研發(fā)了無鉛環(huán)保清洗劑 TW-2000-8系列。 該產(chǎn)品適用于半導(dǎo)體硅片、印刷電路板、精密零件、液晶材料、光學(xué)鏡片、離子鍍膜零件、PCBA、SMT鋼網(wǎng)， 磁性材料等清洗領(lǐng)域去除無機(jī)雜質(zhì)、油污、松香及其他樹脂焊劑等污染物。其性能穩(wěn)定，無毒性、快干、 清洗效率高。對金屬、塑料及橡膠品無腐蝕作用。
一般電子產(chǎn)品PCBA的組裝要經(jīng)過SMT+THT工藝流程，其間要經(jīng)過波峰焊焊接、回流焊焊接、手工焊接及其他焊接過程，不管是什么方式的焊接，組裝（電裝）工藝過程都是主要的組裝污染來源。清洗就是一個焊接殘留物的溶解去除過程，清洗的目的是通過保證良好表面電阻、防止漏電，從而在本質(zhì)上延長產(chǎn)品壽命。
從不斷發(fā)展的電子產(chǎn)品市場可以看出，現(xiàn)代和未來的電子產(chǎn)品將會變得越來越小，對高性能和高可靠性的要求將比以往任何時候都更為強(qiáng)烈。徹底清洗是一項十分重要而技術(shù)性很強(qiáng)的工作，它直接影響到電子產(chǎn)品的工作壽命和可靠性，也關(guān)系到對環(huán)境的保護(hù)和人類的健康。要從整個生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的角度來重新認(rèn)識和解決焊接清洗問題，方案的實施要配合助焊劑、焊料焊膏、焊錫絲等焊接材料的使用，使有機(jī)溶劑、無機(jī)溶劑及其混合溶劑或者水洗或者免清洗與其做到匹配，才能有效除去殘留，使清洗潔凈度較容易得以滿足顧客期望。
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