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公共資料

電 子產品pcba板清潔必要性及工藝要求!

發布日期:2018/8/9 11:13

  在PCBA加工過程中,錫膏和助焊劑會產生殘留物質,殘留物中包含有有機酸和可分解的電離子,其中有機酸具有腐蝕作用,電離子殘留在焊盤還會引起短路,而且這些殘留物在PCBA板上是比較臟的,也不符合客戶對產品清潔度的要求。所以,對PCBA板進行清洗是非常有必要的。

  PCBA加工污染有哪些

  污染物的定義為任何使PCBA的化學、物理或電氣性能降低到不合格水平的表面沉積物、雜質、夾渣以及被吸附物。主要有以下幾個方面:

  1、構成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在生產制造過程中,需使用錫膏、焊料、焊錫絲等來進行焊接,其中的助焊劑在焊接過程中會產生殘留物于PCBA板面形成污染,是主要的污染物;

  3、手工焊接過程中會產生的手印記,波峰焊焊接過程會產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,容易出現虛焊、假焊現象。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、增加其擴散力,有助于熱量傳遞到焊接區。助焊劑的主要成份是有機酸、樹脂以及其他成分。高溫和復雜的化學反應過程改變了助焊劑殘留物的結構。殘留物往往是多聚物、鹵化物、同錫鉛反應產生的金屬鹽,它們有較強的吸附性能,而溶解性極差,更難清洗。

  PCBA清洗的目的,為什么要進行PCBA清洗

  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境中放置或使用,有可能出現殘留物吸濕發白現象。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,進行局部清洗可能造成因鹵化物釋放而帶來的災難性后果。這還會引起枝晶生長,結果可能引起短路。離子污染物如果清洗不當會造成很多問題:較低的表面電阻,腐蝕,導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。

  一文看懂pcba板清潔方法與要求

  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。在潮顯的環境和有電的情況下,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

  一文看懂pcba板清潔方法與要求

  非離子污染物清洗不當,也同樣會造成一系列問題??贍茉斐傻緶釩逖諛じ階挪緩?,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包裹并帶進來。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-2010三級標準要求。在進行表面涂覆之前沒有清洗掉的樹脂殘留物會導致?;げ惴植?,或者?;げ慍魷至鹽?活化劑殘留物可能會引起涂層下面出現電化學遷移,導致涂層破裂?;な?。研究表明,通過清洗可以增加50%涂敷粘結率。

  3、免清洗也需要清洗

  按照現行標準,免清洗一詞的意思是說電路板上的殘留物從化學的角度上看是安全的,不會對電路板產生任何影響,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。對于軍事應用來講,即使是免洗電子組裝件都規定必須清洗。

  常見的PCBA清洗工藝

  1、全自動化的在線式清洗機

  一種全自動化的在線式清洗機實物圖,見圖7所示。該清洗機針對SMT/THT的PCBA焊接后表面殘留的松香助焊劑、水溶性助焊劑、免清洗性助焊劑/焊育等有機、無機污染物進行徹底有效的清洗。它適用于大批量PCBA清洗,采用安全自動化的清洗設備置于電裝產線,通過不同的腔體在線完成化學清洗(或者水基清洗)、水基漂洗、烘干全部工序。清洗過程中,PCBA通過清洗機的傳送帶在不同的溶劑清洗腔體內,清洗液必須與元器件、PCB表面、金屬鍍層、鋁鍍層、標簽、字跡等材料兼容,特殊部件需考慮能否經受清洗。

  清洗工藝流程為:入----化學預洗---化學清洗---化學隔----預漂洗---漂洗---最后噴淋---風切干燥---烘干。

  2、半自動化的離線式清洗機

  一種半自動化的離線式實物圖,見圖9所示。該清洗機針對SMT/THT的PCBA焊接后表面殘留的松香助焊劑、水溶性助焊劑、免清洗性助焊劑/焊膏等有機、無機污染物進行徹底有效的清洗。它適用于小批量多品種PCBA清洗,通過人工的搬運進行可設置在產線的任何地方,離線在一個腔體內完成化學清洗(或者水基清洗)、水基漂洗、烘干全部工序。清洗過程中,PCBA通常需夾具固定或是放在籃子(basket)里進行,清洗液必須與元器件、PCB表面、金屬鍍層、鋁鍍層、標簽、字跡等材料兼容,特殊部件需考慮能否經受清洗。PCBA在清洗籃中的放置密度和放置傾角是有一定要求的,這兩個因素對清洗效果會有直接的影響。

3.PCBA 在線單面觸刷式清洗機

該設備專為波峰焊后助焊劑清除設計,代替人工刷洗,降低清洗成本;
?經過多道刷洗流程,能高效清除焊后PCBA上的助焊劑殘留,不潤濕正面元器件;
?設備最大可清洗寬度達350mm的PCBA;
?設備采用人性化設計,滾刷盤刷拆裝方便,可實現快速清理及更換;
?軌道寬度可調節,運輸速度和刷洗頻率可調;
?可接入波峰焊后,實現全自動在線清洗。



  4、手工清洗機

  手工清洗機針對SMT/THT的PCBA焊接后表面殘留的松香助焊劑、水溶性助焊劑、松香助焊劑、免清洗性助焊劑/焊育等有機、無機污染物進行徹底有效的清洗。它適用于小批量樣品PCBA清洗,通過溫度控制,適應MPC微相清洗劑手工清洗工藝,在一個恒溫槽內完成化學清洗。

  注意:超聲波清洗作為投資少、便于實施的方案也為一些PCBA生產制造商所采用。但是,航天軍工限(禁)用超聲波清洗工藝,超

  聲波清洗不應用于清洗電氣或電子部件、元器件或裝有電子元器件的部件,清洗時應采取?;ご朧?,以防元器件受損(美軍標DOD-STD-2000-4A《電氣和電子設備通用焊接技術要求》);IPC-A-610E-2010三級標準也一般禁止超聲波清洗工藝。

  一文看懂pcba板清潔方法與要求

  常用的清洗方法

  1、水基清洗工藝:噴淋或浸洗

  2、半水基清洗工藝:碳氫清洗后用水漂洗

  3、真空清洗工藝:多元醇或改性醇

  4、氣相清洗工藝:HFE、HFC、nPB(正溴丙烷)、共沸物

  PCBA潔凈度檢測方法,怎樣檢測PCBA是否干凈

  1、目測法

  利用放大鏡(X5 )或光學顯微鏡對PCBA進行觀察,通過觀察有無焊劑固體殘留物、錫渣錫珠、不固定的金屬顆粒及其它污染物,來評定清洗質量。通常要求PCBA表面必須盡可能清潔,應看不到殘留物或污染物的痕跡,這是一個定性的指標,通常以用戶的要求為目標,自己制定檢驗判斷標準,以及檢查時使用放大鏡的倍數。這種方法的特點是簡單易行,缺點是無法檢查元器件底部的污染物以及殘留的離子污染物,適合于要求不高的場合。

  2、溶劑萃取液測試法

  溶劑萃取液測試法又稱離子污染物含量測試。它是一種離子污染物的含量平均測試,測試一般都是采用IPC方法(IPC-TM-610.2.3.25),它是將清洗后的PCBA,浸入離子度污染測定儀的測試溶液中(75%+2%的純異丙醇加25%的DI水),將離子殘留物溶解于溶劑中,小心收集溶劑,測定它的電阻率。離子污染物通常來源于焊劑的活性物質,如鹵素離子,酸根離子,以及腐蝕產生的金屬離子,結果以單位面積上的氯化鈉(NaCl )當量數來表示。即這些離子污染物(只包括那些可以溶入在溶劑)的總量,相當于多少的NaCl的量,并非在PCBA的表面一定存在或僅存在NaCl。

  3、表面絕緣電阻測試法(SIR)

  此法是測量PCBA上導體之間表面絕緣電阻,表面絕緣電阻的測量能指出由于污染在各種溫度、濕度、電壓和時間條件下的漏電情況。其優點是直接測量和定量測量;而且可以檢測局部區域是否存在焊劑。由于PCBA焊膏中的殘留焊劑主要存在于器件與PCB的夾縫中,特別是BGA的焊點,更難以清除,為了進一步驗證清洗效果,或者說驗證所使用的錫膏的安全性(電氣性能),通常采用測量元器件與PCB夾縫中的表面電阻來檢驗PCBA的清洗效果。一般SIR測量條件是在環境溫度85*C、環境濕度85%RH和100V測量偏壓下,試驗170小時。

  4、離子污染物當量測試法(動態法)

  5、焊劑殘留量的檢測

  PCBA清洗注意事項

  印制板組裝件裝焊后應盡快進行清洗(因為焊劑殘留物會隨著時間逐漸硬化并形成金屬鹵酸鹽等腐蝕物),徹底清除印制板的殘留焊劑、焊料及其它污染物。

  在清洗時要防止有害的清洗劑侵入未完全密封的元器件內,以免對元器件造成損害或潛在的損害。印制板組件清洗后,放入40~50*C的烘箱中烘烤干燥20~30分鐘,清洗件未干燥前,不應用裸手觸摸器件。清洗不應對元器件、標識、焊點及印制板產生影響。一般電子產品PCBA的組裝要經過SMT+THT工藝流程,其間要經過波峰焊焊接、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,從而在本質上延長產品壽命。

  從不斷發展的電子產品市場可以看出,現代和未來的電子產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烈。徹底清洗是一項十分重要而技術性很強的工作,它直接影響到電子產品的工作壽命和可靠性,也關系到對環境的?;ず腿死嗟慕】?。要從整個生產工藝系統的角度來重新認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,使有機溶劑、無機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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