00249-免清洗返修工艺.doc

免清洗返修工艺 摘要返修工艺一贯被世人所忽视，然而实际的无法避免的缺隐又使得返修在组装工艺中变得必不可少。因此，免清洗返修工艺是实际免清洗组装工艺的一个重要组成部分。本文介绍免清洗返修工艺所需材料的选择、测试以及工艺方法等。0 序近几年来电子装联工艺引入了许多替代cfc的新型清洗工艺，其中广泛使用的主要有三种：(1)使用免清洗或低残渣焊剂，在这一工艺中印制版路组件不需要清洗；(2)水清洗，在这一工艺中印制电路组件用水和一些附加物进行清洗；(3)替代cfc的清洗材料，在这一工艺印制电路组件使用无cff成分的化学溶剂来清洗。然而。取代cfc的最终途径还是实现免清洗。随着免清洗工艺的采用与不断发展，与之间适应的新的免清洗返修工艺也应运而生。返修是生产过程中不希望出现又无法避免的现象。所谓免清洗返修就是在免清洗或测试后从印制电路组件上去掉所存在的焊接缺陷，而不影响组件的性能和可靠性。通常这些缺陷包括桥接、开路、元件错焊等等。免清洗返修可在工厂内进行，也可在服务中心或生产现场进行。1 免清洗返修与使用cfc清洗之间的区别无论何种返修其目的都是一样的-在印制电路组件上非破坏性地去除和贴放元件，而不影响组件的性能和可靠性。但是具体工艺上免清洗返修使用cfc清洗的返修有所不同，其区别在于：(1)在使用cfc清洗的返修中，返修的组件要通过一清洗工艺，该清洗工艺通常与组装后清洗印制电路使用的清洗工艺一样。免清洗返修则没有这一最终的清洗工序。(2)在使用cfc清洗的返修中，操作为了实现良好的焊点在整个被返修的元件和印制电路板区域上都要使用焊剂来除氧化物或其它污染，同时无需其它的工序来防止污染源的污染，如手指油脂或盐等。即使过多的焊剂量和其它污染出现在印制电路组件，最终的清洗工序也会将它们除去干净。而免清洗返修则将一切都沉积在印制电路组件，结果面临一系列的问题如焊点长期可靠性、返修兼容性、污染和外观质量要求等。由于免清洗返修没有最后的清洗工序这一特点，焊点的长期可靠性只能通过选择合适的返修材料和使用合适的焊接技术来保证。在免清洗返修中，焊剂必须是新的，同时有足够的活性来去掉氧化物并达到良好的浸润性；遗留在印制电路组件上的残渣必须是中性的，不影响长期的可靠性；另外遗留在印制电路组件上的残渣必须与返修材料相容，且相互结合后形成新的残渣也必须是中性的。通常导体间的漏电、氧化、电迁移动和枝晶增长等是由于材料的不兼容和污染引起的。当今的产品外观质量也是很重要的问题，用户都习惯于喜欢清洁光亮的印制电路组件，板子上存在的任何类型的可视残渣均被认为是污染而一概拒绝。然而可视残渣在免清洗返修工艺中是固有的，尽管来自返修工艺的残渣全部是中性的，不影响印制电路组件的可靠性，也不能接受。要解决这些问题有两个途径：一是选择合适的返修材料，其免清洗返修后的焊后质量与使用cfc清洗后的焊点质量一样良好；二是改进目前的手工返修方法和工艺，实现可靠的免清洗焊接。2 返修材料的选择和兼容性由于材料的兼容性，免清洗的组装工艺和返修工艺是相互联系、相互依赖的。如果材料选择不当将会导致相互作用，最终降低产品的使用寿命。兼容性测试通常是一个令人讨厌的、昂贵的和耗时的工作。因为涉及到大量的材料，昂贵的测试溶剂和长期连续的测试方法等。在组装工艺中一般涉及到的材料都是大面积使用的，包括焊膏、波峰焊剂、胶粘剂和敷形涂覆。而返修工艺则要求另外的材料如返修焊剂、焊丝等。所有这些材料都需要与印制电路板掩膜和焊膏错印后所使用的任何清洗剂或其它类型的清洗剂相兼容。组装中涉及的材料列于图1中。图1 材料兼容性3 开发与测试为了避免不必要的财力和物力，免清洗返修工艺应与组装工艺同期开发。同样的测试溶剂可用于两种工艺测试。这样兼容性和可靠性在同一时间可被解决。选择同样的焊剂用于尽可能多的工艺中，这样一个良好的开端会减少焊剂变量的数目。一般来自同一制造者的材料将倾向彼此间更兼容。至少在理论上其同样的焊剂成份可被用于焊膏、被峰焊料、焊丝中。检测焊剂对免清洗返修的适应性有两种测试方法：1)单独测试焊剂。2)兼容性和可靠性测试与其它材料和工艺一起测试。焊剂测试将获得导电性、卤素含量和腐蚀等性能；兼容性和可靠性测试则要求通过用户进行测试，因为其最后的结果将取决于印制电路组件中使用的其它材料和工艺。用于兼容性和可靠性测试的主要方法是sir(表面绝缘电阻)-印制电路板上导体之间表面电阻的测量。表面绝缘电阻的测量能指出由于污染或不兼容在各种温度、湿度、电压和时间条件下的漏电情况。一般sir条件是85c/85%rh和100v测量偏压170小时。sir规范的不同取决于印制电路组件使用地方的不同。范围从最普通的应用10e8/sq。两种最有效的sir测试图案是梳状和叉指图案。高加速应力的测试(hast)可附加地用于测试兼容性和可靠性。这一测试通常类似于sir测试条件，但比其更加严格。它的目的是为了展示印制电路组件的潜在功能。在不太严格的情况下，免清洗返修工艺也可进行摸拟。模拟返修工艺的一种方法是传送没有任何贴装元件的印制电路板通过组装工艺，然后涂覆返修消耗材料到测试区域进行sir测试。模拟工艺是从大量的可选材料中选出较理想的一种简便方法。另一测试离子污染测试。使用这一方法整个组件将在不同的条件下浸入酒精溶剂(75%酒精和25%水)中，监控溶剂的电导率变化。测量单位通常为：氯化钠的微克当量”每单位面积( g/cm或m )来表法。尽管离子污染测试是一良好的控制和监测测试方法。但它对确定由于返修引起的污染是没用的。因为离子污染值是印制电路组件污染的平均测量，而返修是一个非常局部的工艺。 4 免清洗返修的局限性由于免清洗焊剂与溶剂或水溶性焊剂相比有不同的特点，因此在开发新工艺时必须首先了解它的局限性：(1)免清洗主要由醇组成(95-98%)，它是易挥发性的和易燃的。在这种情况下由于挥发焊剂的重复使用是必须的，同时由于可燃性和火灾危险，专门的预防措施也是需要的。(2)由于免清洗焊剂的低固含量(2-5%)免清洗焊剂具有低活性，焊点热传输效率低。(3)由于焊剂的短时间作用，免清洗焊剂的加热需要更快、更精确。(4)由于没有有效的传送并且无保护膜，因而有较高的损坏印制电路板的危险性。(5)焊剂的使用量应是最佳的，从而最大程度上去除了氧化物，使残渣最小化。(6)需要较高的操作技艺。(7)由于对流和辐射方法在再流前将焊剂蒸发掉，因而在空气中安装元件仅能使用传导(接触)方法。由于免清洗焊剂挥发性、建议在每一返修台上局部通风。同时焊剂的储存、使用方法都应严格控制，避免燃烧危险。另外由于印制电路组件在无清洗的返修操作后没有清洗工序，因此免清洗返修操作作者一定要注意工艺的清洁度。如操作时应戴上手套，工作区应满足非常高的清洁度标准，以避免任何污染。为了提高免清洗返修的可返修性，在选择焊剂时可选择固态含量较高的免清洗焊剂，尽管它们在板子上留下较多的焊剂残渣，但焊剂含有树脂较好的热传送特性。这些焊剂通常是以浓缩的焊膏形式，使用时可用醇来稀释，以满足热传送和低残渣的要求。在一些不严格的应用中，也可使用rma类焊剂而无需清洗。因为这些焊剂中的树脂作用如同保护层密封了活化剂防止了潮湿引起的腐蚀等。其实早期印制电路板就是不清洗的，后来增加了清洗工艺，主要是为了改善印制板的外观质量，在这种情况下，如果ram焊剂的残渣不能被彻底清洗部分地暴露并遗留在板子上，那么其防护作用将会失去，从而影响了印制电路组件的长期可靠性。这时免清洗完全比无效的清洗可取。 5 免清洗返修的工艺方法两种最普通的去除表面贴装元件的方法是使用专用的拆焊头或使用返修系统。在两种方法中，焊剂促进热传送并改善元件引线温度的一致性。然而无清洗焊剂由于蒸发太快而不具有这种功能。当使用拆焊头时，拆焊头和元件焊点之间的无效热传送会提高板子损坏的危险性。减小这一危险性的一种方法是使用焊料提高从拆焊头到焊点的热传送。当使用返修系统时板子损坏的危险性会降低。元件去除后，板子需要为新元件做准备，首先用焊料编带丛焊盘上去除旧的或多余的焊料。焊料编带是由交织的铜线编成的。通常免清洗返修工艺要求，使用新的焊料编带和手工使用的返修焊剂。尽管这一方法麻烦，不受操作者的欢迎，但它是最安全的方法。元件去除后要进行局部的清洗，去掉焊剂和焊料残渣来改善pcb上焊盘区的外观质量。通常清洗时一直延用的是异丙醇。它是良好的溶剂/清洗剂。清洗时应最大程度地去除残渣而不向其周围扩展。在使用溶剂或溶性焊剂焊接新元件时，可一次性将焊剂涂覆到元件的所有引线上，然后进行焊接。对于使用免清焊剂焊接新元件时，由于焊剂蒸发快，每次只能几根引线，焊接几根引线，直到所有元件引线被焊接。为了使板子上的残渣降低到最小程度，免清洗焊剂的涂覆应使用小刷子或毡头精确地涂覆到焊盘表面上。使用返修系统进行免清洗返修时，一般应在惰性气氛中进行。在性气氛中使用免清洗焊剂会提高焊接表面浸润性。对于大热容元件可使用固态含量较高的免清洗材料，同时加上预热工作序。对免清洗返修工艺来说，有时也必须清洗。这就是返修中心特别困难的工作。如从工作场地返回来的返修板，这些印制电路已经使用了很长时间，累积了许多尘土、油，其它粒子和污染物。如果不对这些印制板进行清洗，返修是不可能进行的。另外，返修中心通常也没有关组装这些印制电路组件使用的材料和兼容性的任何资料，因此也必须清洗。通常三种类型的清洗方法在线、批量和台式清洗