印制電路板的清洗技術

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點擊次數:168 更新時間:2021年08月25日16:23:10 打印此頁 關閉

清洗印制電路板的傳統方法是用有機溶劑清洗,由CFC—113與少量乙醇(或異丙醇)組成的混合有機溶劑對松香助焊劑的殘留物有很好的清洗能力,但由于CFC—113對大氣臭氧層有破壞作用,目前已被禁止使用,目前可選用的非ODS清洗工藝包括水基清洗、半水基清洗、溶劑清洗,另外也可以采用不進行清洗的免清洗工藝。到底選用哪種工藝,應根據電子產品和重要性、對清洗質量的要求和工廠的實際情況來決定。
1水基清洗
1.1水基清洗工藝
水基清洗工藝是以水為清洗介質的,為了提高清洗效果可在水中添加少量的表面活性劑、洗滌助劑、緩蝕劑等化學物質(一般含量在2%-10%)。并可針對印制電路板上不同性質污染的具體情況,在水基清洗劑中添加劑,使其清洗的適用范圍更寬。水基清洗劑對水溶性污垢有很好的溶解作用,再配合加熱、刷洗、噴淋噴射、超聲波清洗等物理清洗手段,能取得更好的清洗效果。在水基清洗劑中加入表面活性劑可使水的表面張力大大降低,使水基清洗劑的滲透、鋪展能力加強,能更好的深入到緊密排列的電子元器件之間的縫隙之中,將滲入到印制電路板基板內部的污垢清洗除。利用水的溶解作用與表面活性劑的乳化分散作用也可以將合成活性類助焊劑的殘留物很好在清除,不僅可以把各種水溶性的污垢溶解去除,而且能將合成樹脂、脂肪等非可溶性污垢去除。對于使用松香基助焊劑或水基清洗劑中加入適當的皂化劑,皂化劑是在清洗印刷電路板時用來與松香中的松香酸、油脂中的脂肪酸等有機酸發生皂化反應,生成可溶于水的脂肪酸鹽(肥皂)的化學物質。這是許多用于清洗印刷電路板上的助焊劑、油脂的清洗劑中常見的成分。皂化劑通常是顯堿性的無機物如氫氧化鈉、氫氧化鉀等強堿,也可能是顯堿性的有機物如單乙醇胺等。在商用皂化劑中一般還含有有機溶劑和表面活性劑成分,以清洗去除不能發生皂化反應的殘留物。由于皂化劑可能對印刷電路板上的鋁、鋅等金屬產生腐蝕,特別是在清洗溫度比較高、清洗時間比較長時很容易使腐蝕加劇。所以在配方中應添加緩蝕劑。但應注意有對于堿性物質敏感的元器件的印制電路板不宜使用含皂化劑的水基清洗劑清洗。
半水基清洗劑
在半水基清洗劑的組分中一般都有有機溶劑和表面活性劑,如最早使用在印制電路板清洗的EC-7半水基清洗劑就是由萜烯類碳氫溶劑與表面活性劑組成的。在大多數半水基清洗劑的配方中還含有水,但由于水的含量水多(僅占5%-20%),所以從外觀看半水基溶劑與溶劑清洗劑一樣都是透明、均勻的溶液。與一般溶劑清洗劑不同的是半水基清洗劑使用的有機溶劑的沸點比較高,所以揮發性低不必像溶劑清洗劑那樣在封閉環境下進行清洗,而且在清洗過程中不須經常更換清洗劑只須適當補充清洗劑量即可。配制清洗印制電路板用半水基清洗劑用的有機溶劑主要有萜烯類和石油類碳氫溶劑、乙二醇醚、N-甲基吡咯烷西酮等,選擇溶劑類型時應根據印制電路板、電子元器件等原材料的污染情況以及焊接時使用的助焊時類型等具體情況。
免清洗工藝
免清洗工藝是指通過對印制電路板和電子元器件等原材料的質量控制、工藝控制,替代工藝具有改造成本代、生產運行成本低、對環境友好等特點。對于自動程度較高、生產規模較大、焊后產品可靠性能指標要求不太高的企業最適合改用免清洗工藝。而且改用免清洗工藝節省了清洗設備、清洗劑等費用,可使運行費用大大降低。
采用免清洗工藝應解決的關健問題
在選擇免清洗工藝時應充分考慮到以下三個關健要素:對使用的助焊劑/焊膏的選擇的評價;對生產工藝的調不整和控制;對原材料的質量控制。

對使用的助焊劑/焊膏的選擇和評價
選擇和評價助焊劑量/焊膏是開發和實施免清洗工藝要解決的首要工作,一定要確保在焊后助焊劑/焊膏的殘留物不會影響電子產品的可靠性能指標。實踐已經證明低固含量的弱有機酸助焊劑和中低活性低殘留量的松香助焊劑能滿足電子產品的可靠性性能指標的要求。一般電子產品的印制電路板都可以選用活性低殘留物量的RMA型松香助焊劑,這類助焊劑對焊接環境沒有特別的要求,但注意有是它的焊后殘留物仍然較多,所以不適合對使用三防涂層處理或表面封裝的電路板使用。需要做三防層處理或其他表面防護處理的電路板應使用低固含量的弱有機酸型助焊劑,因為這種類型的助焊劑焊后的殘留物較少,對表面涂層和電路板間的附著力影響最小。但大部份這類助焊劑對電路板和元器件的預熱過程中的防氧化作用較差,所以在使用這類助焊劑時焊接工藝應在氮氣保護下進行。采取氮氣保護措施不僅能防止電路板和元器件在預熱過程中的氧化,而且還可以改善焊接的潤濕性能,減少焊球的形成、提高焊接質量。
對生產工藝的調不整和控制
由于使用了免清洗助焊劑/焊膏,焊接工藝和工藝參數將不可避免地發生變化,包括增加使用氮氣作保護氣體、調整溫度變化曲線、改變助焊劑涂溥方式(改用噴霧式涂溥)、加強對助焊劑和鉛錫焊料成分的監測、改變電子元器件的安裝方式、印刷電路板的傳送、安裝方式等。如在電子元器件和印刷電路板的傳送、安裝方式上改用機械化自動傳送和安裝代替手工操作,從而避免了手汗、指紋對印制電路板可靠性的不良影響。能過對波峰焊機和回流焊機中溫度曲線的調整,使助焊劑的活性在焊接之前恰好達到最佳狀態,從而提高燭接質量。另外前面已介紹對于可靠性要求較高的印制電路板,在使用低固含量的弱有機酸型助焊劑時,還應在焊接時采用氮氣保護。采用噴霧式涂溥助焊劑并對助焊劑的涂溥量進行嚴格控制,在保證焊接質量的前提下盡可能降低助焊劑涂溥量,可使焊后的助焊劑殘留量保持最低水平。對于焊接可靠性要求比較高的印制電路板,工藝參數的控制必須更加嚴格,如生產前必須測定波峰焊機和回流焊機中的溫度曲線,使之符合工藝要求,對鉛錫焊料的化學成分必須至少分析一次,如發現不合要求必須立即更換。在助焊劑采用發泡涂溥時要對助焊劑進行實時監控。在完成免清洗工藝焊接后,進行補焊和修復時一定要使用免清洗的焊絲。只有采取有效的生產工藝才能保證使用免清洗助焊劑/焊料能取得良好的焊接效果。

能原材料的質量控制
對各種原材料的高質量要求是影響免清洗工藝的重要因素。所以在采用免清洗工藝時必須對各種原材料的質量進行嚴格的控制。如對印制電路板和電子元器件的潔凈水平和可焊性、助焊劑/焊料的質量及穩定性、表面防護材料的質量、工藝控制和質量管理的有效性進行控制等。因為在生產過程中任何一個環節不合格都會導致最終產品不合格。


選擇替代技術應考慮的主要因素
在選擇究竟使用哪些替代技術時應考慮的因素是多方面的,而且往往是相互制約的,所以應該從自己的具體實際情況出發,綜合考慮才能找到最適合的替代技術。應考慮到的因素主要有下列幾項:

電子產品的情況
即考慮電子產品的重要性和它對清洗質量的要求:一般來說電子產品的重要性越高,它對清洗質量的要求也越高,如用于人造衛星、航天航空儀表、海底電信、軍用裝備、涉及生命的醫療設備的電子產品,要求有極高的可靠性,而生活類用品,一般性工業用品的可靠性要求就低得多。而電子產品使用的環境也有很大的關系,如經常處于高溫、高濕等比較惡劣環境下的電子產品就必須嚴格清洗,并對其清洗后的離子污染和表面絕緣電阻必須嚴格控制,而對于在海洋環境中使用的軍艦、輪船上使用的電子設備,還應進行表面處理。根據我國的ANSI/J-STD-001B標準把電子產品分為三個等級,其中等三類電子產品屬于必須清洗并且必須嚴格控制其清潔度的,對其離污染和表面絕緣電阻應該逐批檢測,而第一類電子產品則可以免清洗,其清潔度應該定期檢測。見表1

使用的助焊劑類型
采用不同的焊接工藝在印刷電路板上殘留的助焊劑數量也是不同的,相應的清洗工藝和清洗劑種類也是不同的。采用化學活性高的助焊劑,焊接的可靠性也高,但焊接后助焊劑的殘留物的腐蝕性也高,必須采用清洗效果好的清洗工藝和清洗劑將殘留物徹底清除。反之采用化學活性較低或固含量較低助焊劑,焊接的可靠性也較低,但其焊接后助焊劑的殘留物較少腐蝕性也較小,可采用一般的方法清洗甚至免清洗。見表2

應該考慮的其他因素
在考慮采用哪種清洗方法和清洗劑時,還應因地制宜地從本地考慮的實際情況出發,找到最適合你的方法。需要考慮的因素包括:原有的清洗工藝設備及生產條件(應盡量利用原有清洗設備的場地條件保持現有生產格局并充分利用原有的生產條件)安全和環保要求的考慮(不燃不爆對人體無害以及對環境不帶來不利的影響到,在考慮采用方案時已經占據越來越重要的地位)對清洗費用及成本的考慮(清洗效果雖好但費用太高,超過企業的承受能力也往往不能被接受,所以通常需在清洗效果和成本允許之間選擇一個平衡點)另外選用哪種清洗劑和清洗方法也應與企業自身今后的發展方向(如自動化水平、生產能力、技術升級等前景)相結合,使選擇性具有前瞻性。

下一條:印制電路板的認識
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