清洗作為PCBA電子組裝的工序之一，隨著組裝密度和復(fù)雜性的不斷提高，在航空航天高可靠性產(chǎn)品的生產(chǎn)中再次成為焦點，越來越引起業(yè)界重視。為了提高電子產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制PCBA殘留物的存在，必要時必須徹底清洗這些污染物。文章從生產(chǎn)制造和代工的角度系統(tǒng)進行清洗工藝的理論與實踐探討。

電子產(chǎn)品是由各種電子元器件組裝在印制板上，進而組合成整機?；镜慕M裝過程是印制電路板組件，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)品可靠性的幾大危害之一。

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。

PCBA加工污染有哪些

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洗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(qū)。助焊劑的主要成份是有機酸、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，它們有較強的吸附性能，而溶解性極差，更難清洗。

污染有哪些危害

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

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(CI)。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，后面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。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。

2、電遷移案例

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在進行必要的清洗后功能常?；謴?fù)正常。

3、電接觸不良案例

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械結(jié)合強度，當(dāng)受到正常應(yīng)力作用時發(fā)生開裂，造成電接觸失效。

PCBA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。通常物理鍵的鍵能相對較低，一般在0.8x103~2.1x104J/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，在(4.2~8.4)x105J/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:

助焊劑活性劑

汗液

離子表面活性劑

乙醇胺

有機酸

電鍍化學(xué)物質(zhì)

2、非極性污染物(也叫有機污染物、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。較典型的是松香本身的樹脂型殘渣，波峰焊中的防氧化油，貼片機或插裝機的油脂或蠟，焊接丁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:

松香

油

油脂

洗手液

硅樹脂

膠

粒狀污染物

PCBA清洗系統(tǒng)設(shè)計與工藝考量

隨著環(huán)保理念的深入人心、破壞大氣層的罪魁禍?zhǔn)追旱慕?，業(yè)界尋找了免清洗工藝來節(jié)省成本和致力于環(huán)保，但隨著組裝密度和復(fù)雜性不斷提高，引腳和焊盤之間的間隙越來越小，許多人開始擔(dān)心電路板上的微粒對于電氣性能潛在危害，隨著使用時間的推移，不清洗PCBA可能會存在電化學(xué)遷移、漏電電流、高頻電路中的信號失真等潛在風(fēng)險。

近兩年從國外開始重視起清洗問題，出現(xiàn)了許多的清洗設(shè)備供應(yīng)商和方案公司，提供清洗設(shè)備、溶劑和清洗工藝服務(wù)。我國企業(yè)也相應(yīng)開始這方面的應(yīng)用研究，代工和生產(chǎn)制造企業(yè)的PCBA清洗的顧客要求越來越多。

對于清洗問題，在產(chǎn)品的生命周期中所有與產(chǎn)品有關(guān)的人員都必須把清洗納入他們的計劃中，從產(chǎn)品的策劃設(shè)計開始就要考虛清洗的可制造性設(shè)計，PCB的設(shè)計、元器件的選擇、組裝工藝要求對產(chǎn)線的改造等等。

大多數(shù)設(shè)計師把清洗列為設(shè)計以后的事情，留給工藝工程師去做，但是PCB的布局設(shè)計對清洗的能力的影響極大，后續(xù)生產(chǎn)制造中的清洗并非能解決所有問題。

1、控制PCB及元器件清潔度

來料PCB與元器件應(yīng)保證表面無明顯污染物，元器件表面的污染物也會因工藝原因帶到PCB上。一般PCB的離子污染應(yīng)控制在1.5mgNaCI/cm2以下，元器件在保持可焊性的同時，要保證同樣的清潔度要求。

2、防止PCBA轉(zhuǎn)移過程污染

在不少企業(yè)組裝好的PCBA隨意堆放，車間環(huán)境差，無抽風(fēng)設(shè)備，人員赤手空拳行事，極易引起PCBA板面的污染，汗?jié)n污染卻不可避免，因此必須采取必要的措施，保證作業(yè)條件必要的清潔度要求。

3.焊料焊劑的選擇

主要包括助焊劑、焊膏、焊錫條、焊錫絲。理想的焊劑在工藝中由于預(yù)熱及焊接熱，還有錫波的清洗，會使焊劑中的活性物質(zhì)得到充分地利用，將清潔度保持到完好。此外，SMT使用的部分焊膏的殘留物極多，而且去除極難。因此選用焊料焊劑非常重要，建議是從通過檢測的產(chǎn)品中選擇，并進行必要的工藝試驗，使之與清洗過程相匹配，再確定使用。

4.加強工藝控制

PCBA的主要殘留物來自焊劑。因此在保證焊接質(zhì)量的條件下，適當(dāng)提高焊接時的預(yù)熱及焊接溫度，以及必要的焊接時間，使盡可能多的離子殘留會隨高溫分解或揮發(fā)，從而得到清潔的PCBA。此外，其他控制措施，比如采用防潮樹脂保護PCBA的表面，間接地防止或降低離子殘留物的影響，這也不失一個好辦法。

在PCBA組裝生產(chǎn)過程中，做好組裝工夾具SMT鋼網(wǎng)、焊接托盤的清洗其目的就是要防止污染，保證PCBA的潔凈度。

5.使用清洗工藝

絕大部分的PCBA的離子污染在清洗前難達到小于1.5mgNaCI/cm2，許多要求高的PCBA，必須經(jīng)過嚴(yán)格的清洗。清洗時既要針對松香或樹脂，又要針對離子性的殘留，根據(jù)化學(xué)上的相似相溶原理清洗。清洗就是殘留物的溶解過程，因此必須使用極性與非極性的混合溶劑，才能有效的去除PCBA的殘留。

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