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印刷电路板的清洁度 By Aaron本文介绍，印刷电路板及其装配的常见污染物，以及在处理印制电路板时减少表面污染的一般原则。以下是在印制电路板上发现的较常见的污染物：1. 助焊剂残留 2. 颗粒状物体 3. 化学盐的残留物 4. 手印 5. 氧化物(被腐蚀) 6. 白色残留物 在处理印制电路板时，减少表面污染的一般原则：1. 工作站(工作场所)应该保持干净和整洁 2. 在工作场所不应该吃/喝东西，或者吸烟，或者进行其它可能造成对板的表面产生污染的活动 3. 不应该使用含有硅的护肤霜或护肤液，因为这些用品可能造成可焊性和其它的工艺问题，可以购买专门配方的护肤液 4. 最好是通过边缘来拿电路板 5. 在处理空板时，应该使用不起毛的或者一次性的塑料手套。手套应该经常更换，因为脏的手套可能造成污染问题 6. 除非有专门的搁物架，应该避免没有隔开保护地将板堆叠在一起 板的表面污染不仅会造成可焊性及其它工艺问题，而且对产品的使用可靠性产生潜在的影响，因为污染是长期使用中产生腐蚀的根源。那么在PCB来料时和在电路装配完成之后，可以进行清洁度的测试来测定板面的有机或无机、和离子与非离子的污染。测定离子污染是按照IPC-TM-650实验方法手册中的方法2.3.25和2.3.26。测定有机污染是按照IPC-TM-650实验方法手册中的方法2.3.38和2.3.什么造成元件竖立，怎样防止？ By Les Hymes本文介绍，装配工艺从一个好的设计开始，但是它要求可靠的可焊接材料和勤快的设备维护。问题：是什么造成元件竖立(tombstoning)和怎样防止？答：在回流焊接期间，当片状元件的一端从相应的焊盘升起产生一个开路的时候，所形成的缺陷叫做元件竖立(tombstoning, drawbridging)。这个缺陷的主要原因是在回流过程中的表面张力与起作用的不平衡湿润(wetting)力。许多因素可以导致在焊接过程中片状元件两端的不平衡的湿润力。促进元件竖立的两个主要因素是：1)在焊盘上不同的湿润力和 2)元件焊盘的不适当设计。通常的疑点在一些情况中，不平衡的湿润力可能是元件或电路板端子可焊性特征不足的直接结果。锡膏沉淀块的体积不同，或者被氧化或者干燥的锡膏，也可能导致焊接条件不足。锡膏印刷工艺和设备可能是多种元件竖立情况的原因。充分的模板(stencil)预防性维护，保证可再生的和所希望的锡膏体积，在所有情况中都是重要的 - 特别当小的、离散元件使用时。设计是制造过程的第一步，焊盘设计可能是元件竖立的主要原因。较短、较宽的焊盘似乎比长而窄的焊盘更宽容。参阅IPC-782表面贴装设计与焊盘布局标准得到更详细的解释。事实上，超过元件太多的焊盘可能允许元件在焊锡湿润过程中滑动 - 把元件拉出一端的焊盘。对于小型离散片状元件，为元件的一端设计不同的焊盘尺寸，或者将焊盘的一端连接到地线板上，也可能导致元件竖立。不同焊盘尺寸的的使用可能造成不平衡的焊盘加热和锡膏流动时间。在回流期间，元件简直是飘浮在液体的焊锡上，当焊锡固化时达到其最终位置。焊盘上不同的湿润力可能造成附着力的缺乏和元件的旋转。在一些情况中，液化温度以上时间的延长可以减少元件竖立。演唱液化温度以上的时间可以在元件的焊盘之间得到更加均匀的温度。其他可能的疑点元件竖立的其他被引证的原因包括制造板的情况。元件下面不均匀的阻焊(solder mask)层厚度，可能把元件一端升起离开焊盘。焊盘上的阻焊也可能减少一端焊盘上的湿润。贴装工艺也可能是元件竖立缺陷的根源。元件在焊盘上的旋转错误和误放可能造成固化期间元件的移动。冲击式、加力的元件贴装可能不均匀地从下面的焊盘上挤压锡膏，在回流期间产生不均匀的湿润。例外，在贴装期间，装配的快速穿梭的加速与减速可能是元件移位，造成元件端子在板的焊盘上的不充分接触。结论和电子焊接工艺的许多特征一样，要求不断进化的材料、元件和设备，解决或消除一个缺陷不存在一个唯一的答案。对完善和持续的教育保持一个持之以恒的警觉态度才是成功的关键。回流焊接工艺的经典PCB温度曲线 By Andy Becker and Marc C. Apell 本文介绍对于回流焊接工艺的经典的PCB温度曲线作图方法，分析了两种最常见的回流焊接温度曲线类型：保温型和帐篷型.。经典印刷电路板(PCB)的温度曲线(profile)作图，涉及将PCB装配上的热电偶连接到数据记录曲线仪上，并把整个装配从回流焊接炉中通过。作温度曲线有两个主要的目的：1) 为给定的PCB装配确定正确的工艺设定，2) 检验工艺的连续性，以保证可重复的结果。通过观察PCB在回流焊接炉中经过的实际温度(温度曲线)，可以检验和/或纠正炉的设定，以达到最终产品的最佳品质。经典的PCB温度曲线将保证最终PCB装配的最佳的、持续的质量，实际上降低PCB的报废率，提高PCB的生产率和合格率，并且改善整体的获利能力。回流工艺在回流工艺过程中，在炉子内的加热将装配带到适当的焊接温度，而不损伤产品。为了检验回流焊接工艺过程，人们使用一个作温度曲线的设备来确定工艺设定。温度曲线是每个传感器在经过加热过程时的时间与温度的可视数据集合。通过观察这条曲线，你可以视觉上准确地看出多少能量施加在产品上，能量施加哪里。温度曲线允许操作员作适当的改变，以优化回流工艺过程。一个典型的温度曲线包含几个不同的阶段 - 初试的升温(ramp)、保温(soak)、向回流形成峰值温度(spike to reflow)、回流(reflow)和产品的冷却(cooling)。作为一般原则，所希望的温度坡度是在24C范围内，以防止由于加热或冷却太快对板和/或元件所造成的损害。在产品的加热期间，许多因素可能影响装配的品质。最初的升温是当产品进入炉子时的一个快速的温度上升。目的是要将锡膏带到开始焊锡激化所希望的保温温度。最理想的保温温度是刚好在锡膏材料的熔点之下 - 对于共晶焊锡为183C，保温时间在3090秒之间。保温区有两个用途：1) 将板、元件和材料带到一个均匀的温度，接近锡膏的熔点，允许较容易地转变到回流区，2) 激化装配上的助焊剂。在保温温度，激化的助焊剂开始清除焊盘与引脚的氧化物的过程，留下焊锡可以附着的清洁表面。向回流形成峰值温度是另一个转变，在此期间，装配的温度上升到焊锡熔点之上，锡膏变成液态。一旦锡膏在熔点之上，装配进入回流区，通常叫做液态以上时间(TAL, time above liquidous)。回流区时炉子内的关键阶段，因为装配上的温度梯度必须最小，TAL必须保持在锡膏制造商所规定的参数之内。产品的峰值温度也是在这个阶段达到的 - 装配达到炉内的最高温度。必须小心的是，不要超过板上任何温度敏感元件的最高温度和加热速率。例如，一个典型的钽电容具有的最高温度为230C。理想地，装配上所有的点应该同时、同速率达到相同的峰值温度，以保证所有零件在炉内经历相同的环境。在回流区之后，产品冷却，固化焊点，将装配为后面的工序准备。控制冷却速度也是关键的，冷却太快可能损坏装配，冷却太慢将增加TAL，可能造成脆弱的焊点。在回流焊接工艺中使用两种常见类型的温度曲线，它们通常叫做保温型(soak)和帐篷型(tent)温度曲线。在保温型曲线中(图一)，如前面所讲到的，装配在一段时间内经历相同的温度。帐篷型温度曲线(图二)是一个连续的温度上升，从装配进入炉子开始，直到装配达到所希望的峰值温度。图一、典型的保温型温度曲线图二、典型的帐篷型温度曲线所希望的温度曲线将基于装配制造中使用的锡膏类型而不同。取决于锡膏化学组成，制造商将建议最佳的温度曲线，以达到最高的性能。温度曲线的信息可以通过联系锡膏制造商得到。最常见的配方类型包括水溶性(OA)、松香适度激化型(RMA, rosin mildly activated)和免洗型(no-clean)锡膏。温度曲线的机制经典的PCB温度曲线系统元件一个经典的PCB温度曲线系统由以下元件组成： 数据收集曲线仪，它从炉子中间经过，从PCB收集温度信息。 热电偶，它附着在PCB上的关键元件，然后连接到随行的曲线仪上。 隔热保护，它保护曲线仪被炉子加热。 软件程序，它允许收集到的数据以一个格式观看，迅速确定焊接结果和/或在失控恶劣影响最终PCB产品之前找到失控的趋势。热电偶(Thermalcouples)在电子工业中最常使用的是K型热电偶。有各种技术将热电偶附着于PCB的元件上。使用的方法决定于正在处理的PCB类型，以及使用者的偏爱。热电偶附着高温焊锡，它提供很强的连接到PCB。这个方法通常用于可以为作曲线和检验工艺而牺牲一块专门的参考板的运作。应该注意的是保证最小的锡量，以避免影响曲线。胶剂，可用来将热电偶固定在PCB上。胶剂的使用通常得到热电偶对装配的刚性物理连接。缺点包括胶剂可能在加热过程中失效的可能性、作完曲线后取下时在装配上留下残留物。还有，应该注意使用最小的胶量，因为增加热质量可能影响温度曲线的结果。开普顿(Kapton)或铝胶带，它最容易使用，但是最不可靠的固定方法。使用胶带作温度曲线经常显示很参差不齐的曲线，因为热电偶连接点在加热期间从接触表面提起。容易使用和不留下影响装配的残留物，使得开普顿或铝胶带成为一个受欢迎的方法。压力型热电偶，夹持在线路板的边缘，使用弹力将热电偶连接点牢固地接触固定到正在作温度曲线的装配上。压力探头快速、容易地使用，对PCB没有破坏性。热电偶的放置因为一个装配的外边缘和角上比中心加热更快，较大热质量的元件比较小热质量的元件加热满，所以至少推荐使用四个热电偶的放置位置。一个热电偶放在装配的边缘或角上，一个在小元件上，另一个在板的中心，第四个在较大质量的元件上。另外还可以增加热电偶在板上其它感兴趣的零件上，或者温度冲击或温度损伤最危险的元件上。读出与评估温度曲线数据锡膏制造商一般对其锡膏配方专门有推荐的温度曲线。应该使用制造商的推荐来确定一个特定工艺的最佳曲线，与实际的装配结果进行比较。然后可能采取步骤来改变机器设定，以达到特殊装配的最佳结果(图三)。图三、典型的PCB回流温度曲线对于PCB装配制造商，现在有新的工具，它使得为锡膏和回流炉的特定结合设计目标曲线来得容易。一旦设计好以后，这个目标曲线可以由机器操作员机遇这个专门的PCB装配简单地调用，自动地在回流焊接炉上运行。何时作温度曲线当开始一个新的装配时，作温度曲线是特别有用的。必须决定炉的设定，为高品质的结果优化工艺。作为一个诊断工具，曲线仪在帮助确定合格率差和/或返工高的过程中是无价的。作温度曲线可以发现不适当的炉子设定，或者保证对于装配这些设定是适当的。许多公司或工厂在标准参考板上作温度曲线，或者每天使用机器的品质管理曲线仪。一些工厂在每个班次的开始作温度曲线，以检验炉子的运行，在问题发生前避免潜在的问题。这些温度曲线可以作为一个硬拷贝或通过电子格式存储起来，并且可用作ISO计划的一部分，或者用来进行对整个时间上机器性能的统计过程控制(SPC, statistical process control)的操作。用于作温度曲线的装配应该小心处理。该装配可能由于处理不当或者重复暴露在回流温度之下而降级。作曲线的板可能随时间过去而脱层，热电偶的附着可能松动，这一点应该预计到，并且在每一次运行产生损害之前应该检查作曲线的设备。关键是要保证测量设备能够得到精确的结果。经典PCB温度曲线与机器的品质管理曲线虽然温度曲线的最普遍类型涉及使用一个运行的曲线仪和热电偶，来监测PCB元件的温度，作温度曲线也用来保证回流焊接炉以最佳的设定连续地工作运行。现有各种内置的机器温度曲线仪，提供对关键回流炉参数的日常检测，包括空气温度、热流与传送带速度。这些仪器也提供机会，在失控因素影响最终PCB装配质量之前，迅速找到任何失控趋势。总结做温度曲线是PCB装配中的一个关键元素，它用来决定过程机器的设定和确认工艺的连续性。没有可测量的结果，对回流工艺的控制是有限的。咨询一下锡膏供应商，查看一下元件规格，为一个特定的工艺确定最佳的曲线参数。通过实施经典PCB温度曲线和机器的品质管理温度曲线的一个正常的制度，PCB的报废率将会降低，而质量与产量都会改善。结果，总的运作成本将减低。波峰焊接工艺的温度曲线作图虽然本文重点放在回流焊接工艺，经典的PCB温度曲线作图也可以在那些经过波峰焊接的装配上进行。技术与作曲线的优点与那些在回流焊接工艺中使用和获得的类似。另外，可以选择各种内置的曲线仪，设计用来从波峰焊接机器收集数据，以迅速找出失控的趋势和监测每班与每天运作的连续性。该仪器允许波峰焊接机器的操作员通过测量传送带速度、焊锡波和预热参数进行日常操作检查和故障诊断。手工焊接与返修工具 By Robert Rowland 本文介绍，在返修工艺中，必须小心，不要将印刷电路板过热；否则电镀通孔和焊盘都容易损伤。 手工焊接与返修是要求杰出的操作员技术和良好工具的工艺步骤；一个经验不足的操作员可能会产生可靠性的恶梦。当配备足够的工具和培训时，操作员应该能够创作可靠的焊接点。表面贴装手工焊接有时比通孔(through-hole)焊接更具挑战性，因为更小的引脚间距和更高的引脚数。返修工艺中，必须小心，不要将印刷电路板过热；否则电镀通孔和焊盘都容易损伤。本文将回顾接触焊接与加热气体焊接，这两种最常见的手工焊接。接触焊接接触焊接是在加热的烙铁嘴(tip)或环(collar)直接接触焊接点时完成的。烙铁嘴或环安装在焊接工具上。焊接嘴用来加热单个的焊接点，而焊接环用来同时加热多个焊接点。对单嘴焊接工具和焊接嘴，有多种的设计结构。对烙铁环形式的焊接嘴也有多种设计结构。有两或四面的离散环，主要用于元件拆除。环的设计主要用于多脚元件，如集成电路(IC)；可是，它们也可用来拆卸矩形和圆柱形的元件。烙铁环对取下已经用胶粘结的元件非常有用。在焊锡熔化后，烙铁环可拧动元件，打破胶的连接。四边元件，如塑料引脚芯片载体(PLCC)，产生一个问题，因为烙铁环很难同时接触所有的引脚。如果烙铁环不接触所有引脚，则不会发生热传导，这意味着一些焊点不熔化。特别是在J型引脚元件上，所有引脚可能不在同一个参考平面上，这使得烙铁环不可能同时接触所有的引脚。这种情况可能是灾难性的，因为还焊接在引脚上的焊盘在操作员取下元件时将从PCB拉出来。 焊接嘴与环要求经常预防性的维护。它们需要清洁，有时要上锡。可能要求经常更换，特别是在使用小烙铁嘴时。接触焊接系统接触焊接系统可分类为从低价格到高价格，通常限制或控制温度。选择取决于应用。例如，表面贴装应用通常比通孔应用要求更少的热量。恒温系统，提供连续、恒定的输出，持续地传送热量。对于表面贴装应用，这些系统应该在335365C温度范围内运行。限制温度系统，具有帮助保持该系统温度在一个最佳范围的温度限制能力。这些系统不连续地传送热量，这防止过热，但加热恢复可能慢。这可能引起操作员设定比所希望更高的温度，加快焊接。对表面贴装应用的操作温度范围是285315C。控制温度系统， 提供高输出能力。这些系统，象温度限制系统一样，不连续地传送热量。响应时机和温度控制比限制温度系统要优越。对表面贴装应用的操作温度范围是285315C。这些系统也提供更好的偏差能力，通常是10C。与接触焊接系统有关的特性包括： 在多数情况中，接触焊接是补焊(touch-up)以及元件取下与更换的最容易和成本最低的方法。 用胶附着的元件可容易地用焊接环取下。 接触焊接设备成本相对低，容易买到。 与接触焊接系统有关的问题包括： 没有限制烙铁嘴或环的系统容易温度冲击，将烙铁嘴或环的温度提升到所希望的范围之上。 烙铁环必须直接接触焊接点和引脚，到达效率。 温度冲击可能损伤陶瓷元件，特别是多层电容。 加热气体(热风)焊接热风焊接通过用喷嘴把加热的空气或惰性气体，如氮气，指向焊接点和引脚来完成。热风设备选项包括从简单的手持式单元加热单个位置，到复杂的自动单元设计来加热多个位置。手持式系统取下和更换矩形、圆柱形和其它小型元件。自动系统取下合更换复杂元件，诸如密脚和面积排列元件。热风系统避免用接触焊接系统可能发生的局部热应力，这使它成为在均匀加热是关键的应用中的首选。热风温度范围一般是300400C。熔化焊锡所要求的时间取决于热风量。较大的元件在可取下或更换之前，可能要求超过60秒的加热。 喷嘴设计很重要；喷嘴必须将热风指向焊接点，有时要避开元件身体。喷嘴可能复杂和昂贵。充分的预防维护是必要的；喷嘴必须定期清洁和适当储存，防止损坏。热风系统有关的特性包括： 热风作为传热媒介的低效率，减少由于缓慢的加热率产生的热冲击。这是对某些元件的一个优点，如陶瓷电容。 使用热风作为传热媒介，消除直接烙铁嘴接触的必要。 温度和加热率是可控制、可重复和可预测的。 热风系统有关的问题包括： 热风焊接设备价格范围从中至高。 自动系统相当复杂，要求高技术水平的操作。 助焊剂与焊锡助焊剂可以用小瓶来滴，可使用密封的或可重复充满的助焊剂笔。经常，操作员使用太多的助焊剂。我宁愿使用助焊剂笔，因为它们限制使用的助焊剂量。我也宁愿使用带助焊剂芯的焊锡，含有助焊剂和焊锡合金。当使用带助焊剂芯的焊锡和液体助焊剂时，保证助焊剂相互兼容。表面贴装焊接通常要求较小直径的锡线，典型的在0.500.75mm范围。通孔焊接通常要求较大直径的锡线，范围在1.201.50mm。锡膏(solder paste)也可以用注射器来滴，虽然许多手工焊接方法加热锡膏太快，造成溅锡和锡球。助焊剂胶，而不是锡膏，对更换面积排列元件是非常有用的。基本培训：手工焊接 By Les Hymes 本文介绍一项基本训练，手工焊接。一个牢固的焊接点要求使用一个上锡良好的、保持良好的烙铁头，温度在焊锡的液化温度之上大约 100F。烙铁头上的焊锡改善来从烙铁的快速热传导，预热工件。建立良好的流动和熔湿(wetting)都要求预热。具有良好可焊性特征的焊盘、孔和元件引脚将有助于在最短的时间内形成良好的焊接点。在升高的温度下，时间短是避免对基板的损伤、对焊盘与基板接合的损伤和过多的金属间增长的关键。暴露在焊锡和/或基板的Tg的液化温度之上的重复温度循环中的焊锡点，可能遭受可靠性累积的降级。最好的方法是在少于5秒的时间内完成焊接点，最好是大约3秒钟。这个时间包括要求产生连接的所有必要操作。工艺过程一个推荐的手工焊接程序是，快速地把加热和上锡的烙铁头接触带芯锡线(cored wire)，然后接触焊接点区域，用熔化的焊锡帮助从烙铁到工件的最初的热传导。然后把锡线移开将要接触焊接表面的烙铁头。有些人推荐首先把烙铁头接触引脚/焊盘；把锡线放在烙铁头与引脚之间，形成热桥；然后快速地把锡线移动到焊接点区域的反面。任何一种方法，如果正确完成，都将给出满意的结果。这两种技术的目的是要保证引脚和焊盘的温度足够熔化锡线，并形成所要求的金属间的接合。如果在焊接点形成期间，烙铁直接接触和熔化锡线，那么要焊接的表面可能不够热，以提高焊锡流动，形成的焊接点可能不是真正熔湿(wet)到焊盘(pad)、焊接孔(barrel)和引脚(lead)。当工艺过程实施正确的时候，助焊剂将熔化并先于焊锡在将要焊接的表面流动，预先处理表面，因此焊锡将在表面上熔湿和流动，进入缝隙，形成接合。一旦熔湿建立和有充分的焊锡流动形成所希望的焊接点，锡线和随后的烙铁即从焊接点区域移开。在培训、练习和相对正规的应用之后，这些程序对于有积极性和经验的人员来实行是不太困难的。有些人比其它人更快，更喜欢它，甚至最有经验和最聪明的操作员都会要几天掌握该工艺过程。这个不同来自认为控制的操作。因为这个原因，应该提供给操作员良好的初始训练和定期的更新。这些方面应该包括手工焊接的艺术与构造、控制焊接点形成的因素、和公司机构用于焊接点接受和拒绝的标准。问题在产生牢固的、可接受的手工焊接点中的问题通常是使用不适当温度、太大压力、延长据留时间、或者三者一起而产生的。可是，这些问题的根本原因经常与其使用的工具有联系，而不是操作员的技术和积极性。用技术熟练的、受过培训的、工作尽责的和有积极性的操作员，看看工艺过程中的其它地方，是否手工焊接操作需要改进。一些厚的PWB设计可能要求不同的方法和/或帮助，比如用热板(hotplate)的辅助加热。另一个更前面的原因可能是可焊性差的元件，通常可以通过元件规格或长途运输处理上的变化来处理。认可和替换一种不同的带芯锡线助焊剂可能是合适的。外部施用的液体助焊剂的使用是另一个短期的替代方法。在这种情况，应该以一个受控的方式使用所要求的最少量。在使用任何液体助焊剂来帮助手工焊接之前，应该通过试验来确认助焊剂与残留物的可容性。如果材料来自同一个制造商，那么可以要到数据资料。如果材料来自不同的制造商，那么通常给使用者带来试验的负担，因为对任何供应商存在太多可能的组合。 怎样清洁才足够清洁？ By Jane Koh 本文介绍，对清洁度标准的回顾显示，对于清洁度问题经常没有快捷简易的答案。经常通过我们的技术支持热线询问的一个问题是，“IPC关于清洁度的标准是什么？”。这是一个经常被工业新手所问的简单直率的问题，因此简单直率的答案一般是他们所想要的。可是，在大多数情况中，这对他们个人需要还不够专业。为了回答这个问题，首先要了解简单标准：正在使用的IPC标准、残留物类型、适用范围和清洁度标准。表一回答了这些问题，古老的方式 - 快捷简单。表一、IPC清洁度要求总结标准残留物类型适用范围清洁度标准IPC-6012离子所有类别电子的阻焊涂层前的光板1.56g/cm2NaCl当量IPC-6012有机物*所有类别电子的阻焊涂层前的光板无污染物析出J-STD-001所有类型所有类别电子的阻焊涂层前的光板足够保证可焊性J-STD-001颗粒所有电子类别的焊后装配不松脱、不挥发、最小电气间隔J-STD-001松香*1 类电子的焊后装配2 类电子的焊后装配3 类电子的焊后装配 200g/cm2100g/cm240g/cm2 J-STD-001离子*所有电子类别的焊后装配1.56g/cm2NaCl当量IPC-A-160可见残留物所有电子类别的焊后装配视觉可接受性* 当要求测试时但这些答案提供了必要的事实吗？不幸的是，很少满足到打电话的人。事实上，这些答案通常引发更多的问题，比如：“就这个吗？”；“如果污染物有更多的氯化物怎么办？”；“免洗工艺中的助焊剂残留物怎么办？”；“假设用共形涂层 (conformal coat) 保护装配会怎么样？”；或者，“其它的非离子污染物怎么办？”不象过去松香助焊剂主宰工业的“那段好时光”，新的表面涂层、助焊剂、焊接与清洗系统正不断出现。很明显，没有“万能的”答案。由于这个理由，标准与规格强调用来证明可靠性的测试规程，而不是一个简单的通过/失效数字。再仔细地看一下IPC标准 - 特别是IPC-6012，刚性印刷板的的技术指标与性能 - 揭示了，应该在文件中规定上阻焊层、焊锡或替代的表面涂层之后的对光板的清洁度要求。这意味着装配制造商必须告诉电路板制造商他们希望光板有多清洁。它也给使用免洗工艺的装配制造商留有余地来对进来的电路板规定一个更加严格的清洁度要求。装配制造商不仅需要规定进来的板的清洁度，而且要与用户对装配好的产品的清洁度达成一致。按照J-STD-001，除非用户规定，制造商应该规定清洁要求(或者免洗或一个或两个装配面要清洗)和测试清洁度(或者不要求测试、表面绝缘电阻测试、或者测试离子、松香或其它有机表面污染物)。那么清洁系统是在焊接工艺与产品的兼容性的基础上选择的。清洁度测试将取决于使用的助焊剂和清洁化学品。如果使用松香助焊剂，J-STD-001提供了 1、2、3 类产品的数字标准。否则，离子污染测试是最简单和最小成本的。J-STD-001也有一般的数字要求，如表一所述。如果氯化物含量是一个关注，涉及离子色谱分析的工业研究结果已经显示，下面的指引是氯化物含量的合理断点。当氯化物含量超过下列水平是，增加了电解失效的危险性： 对低固体助焊剂，小于0.39g/cm2 对高固体松香助焊剂，小于0.70g/cm2 对水溶性助焊剂，小于0.75 - 0.78g/cm2 对锡/铅金属化的光板，小于0.31g/cm2 对清洁的讨论经常得出这个最终答案：真正的清洁度决定于产品和所希望的最终使用环境。但是怎么决定什么清洁对一个特定的最终使用环境是足够的呢？通过彻底和严格的分析，研究每一个潜在的污染物与最终使用情形，进行长期的可靠性测试。但是有没有更简易的方法呢？通过引进其它人的经验来缩短增加学习的弯路。诸如IPC、EMPF和 Naval Avionics Center(美国海军航空中心)已经进行了各种清洁度情况的一系列测试与工业研究；其中一些发现可在公共领域得到。这些技术论文和手册指导个人或公司理解这个微妙的，也很关键的，工艺测试与效果的元素。一个好的例子就是，IPC、美国环保局(EPA, Environmental Protection Agency)、美国国防部(DOD, Department of Defense)主办的，八十年代后期完成的深入的清洁与清洁度测试程序。这个程序调查研究了在电子制造清洁工艺中使用的、减少氟氯化碳(CFC, chlorofluorocarbon) 水平的新的材料与工艺。电子工业中下一个大的波动 - 无铅焊锡与无卤化物绝缘层的运动 - 可能将触发另一次对清洁与清洁度的广泛的工业范围内的研究。直到那时，读者与电话咨询者将需要在掌握IPC规格的基础上，从各种销售材料、个案研究、报告与告诉他们个别清洁度要求应该是什么的指引中看清楚。清洗技术 Cleaning By Mike Bixenman 在“免洗”锡膏的时代，装配的准确清洗产生了一个新的标准。装配制造商必须问的问题决定于：清洁是否为PCB可靠性的要求？即，要求清洁步骤是否为了使最终产品在设计的环境内能够工作达到所要求的最短时间或周期数？在九十年代，印刷电路板(PCB)的装配是在新的标准上进行的。蒸汽去脂溶剂(vapor-degreasing solvent)由于环境法规而被逐渐淘汰。“免洗”工艺构造了一个所希望的技术手段；当考虑了清洗的时候，水溶性助焊剂通常是人们的选择；这样，清洁规格对空板和元件就不要求了，因为完成的装配都要通过正常清洗。清洗“终结”了吗？松香助焊剂是杰出的“密封剂”，它意味着当采用无离子活性剂配方的时候，留下的是非离子残留。忽略板上的残留对那些关注取消臭氧消耗化学品的人来说是个有吸引力的选择。基于这个理由，相当的时间、努力和投资贡献在免洗技术上。结果，许多低残留助焊剂的技术进步和设备技术被用来支持这个技术的改变。现在的问题变成，为什么清洁？实际上，有一个常见的错误概念就是再不需要装配的清洁了。但是免于那些反过来影响功能的有害污染，对可靠性的重要性与焊点连接强度的重要性是一样的。清洁甚至对免洗工艺的成功实施还起重要的作用。到料的元件以及装配环境的控制还必须满足清洁度标准，如果取消了焊后清洁。高可靠性的应用要求受控的、完善的焊后清洗工艺，它使用对清洗材料最佳的化学品。那些应用是不能将就免洗工艺要求的。而且，SMT的不断发展使得辅助的清洗成为必要。例如，更紧密的线和装配上的区域列阵、芯片规模与倒装芯片的包装都要求清洁其许许多多的I/O连接点。清洗对要求保形涂敷的装配的最佳性能是一项重要的步骤。设计PCB时记住清洗工艺当装配要求焊后清洗时，设计元件布局、焊接和清洁的时候要可能考虑一些权衡办法。对高密度的表面贴装装配，设计者应该提供清洁的余地。以下是一些值得考虑的设计选择：1. 元件的最佳方向 2. 喷射元件下面的最小障碍 3. 清洗化学剂的高能喷射器的使用 4. 冲刷(液态颗粒小于元件与板层之间的空间)用的微细喷雾的使用 5. “阴影”的消除，即，较高的元件放置在离喷雾嘴最远的位置，最小的元件最近 6. 元件贴放：无源片状元件(或圆柱形通孔类)的方向应该是使其长轴垂直于喷雾方向。双排和小引脚的集成电路(SOIC)元件是长边沿喷雾线放置。正方形扁平包装(QFP)四周都有连接或无引脚陶瓷芯片载体(LCCC)等元件的方向是其主边与喷雾方向成90。 总之，元件的贴装应该计划，使得可达到液体“最好”的疏散，例如，有清晰的带一定间隔的行路，给液体排出板面，保证当有BGA或CSP出现时清洗不受影响。设计者头脑中应该有产品的外形，功能，及如何制造。特别是，装配过程的每一步怎样影响其它步骤。在设计阶段认识到这些要求并将其集中完全优化的装配制造商掌握了成功的钥匙。装配前元件污染残留物可以通过最初出现在装配前元件和材料上而带入最后装配。如果不在装配前从元件和板上去掉，则不能保证在后面可以去掉特别是如果采用免洗技术。如果出现在高密度连接结构内，那情况可能更紧急，因为细小的空隙很容易藏纳污垢。低残留、免洗焊接工艺的如何成功都直接依靠进来的光板与所有元件的清洁度。元件上经常发现颗粒状、油状或片状的非极性残留物，而来自元件装配时不完整清洗的极性残留物，可能是上锡和助焊剂的残留物。装配前的元件来源必须保持一个清洁的标准。装配中遇到的污染污染对装配过程来说不是外来的。对电镀通孔和表面贴装元件的日益增长的关注是那些通常遇到的越来越紧的间隙。离板高度和引脚间距已稳步缩小，线间间距也是一样。另外，甚至采用现代制造工艺，也造成越来越顽固的残留物。残留物由离子(极性)、非离子(非极性)和微细的污物组成。离子残留物由助焊剂活性剂、残留电镀盐和操作污物组成；非离子残留物包括助焊剂、油、脂、熔化液体和游离材料中的已反应的、非挥发性的残留物。微小的残留物由锡球或锡渣、操作污物、钻孔或走线灰尘和空气中的物体组成。极性残留物当溶于水中时形成离子。例如，当指纹藏纳的盐溶于水中，氯化钠分子游离成正的纳离子和负的氯离子。在离子状态，NaCl增加水的导电性，可能引起电路中信号改变，开始电迁移，产生腐蚀。典型的极性残留物来自电镀和蚀刻材料，板或元件制造过程的化学物质，水溶性锡助焊剂成分，来自松香或合成催化焊锡助焊剂的活性剂，助焊剂反应产品，水溶性阻焊材料成分和来自手工处理的沉淀物。非极性残留物由那些当溶于水时不形成离子的污染物质组成。它们可能是喜水的或不喜水的(通常喜油)。吸湿的材料可能促使表面水膜的形成，从而造成表面电阻的降低。同样，在适当条件下，可能发生电迁移。不溶于水的非离子残留物，由松香、合成树脂、来自低残留/免洗助焊剂配方的有机化合物、来自锡线助焊剂的增塑剂、化学反应产品、油和脂、指纹油、元件上的释放剂、不可溶的无机化学成分和锡膏的流变添加剂。微细残留物典型地要求机械能量将其去掉。常见的微细残留物是来自灰尘中的硅酸材料、水解或氧化的松香、某些助焊剂反应产品(一些白色残留物)、硅质脂/油、来自板层的玻璃纤维、阻焊材料的硅土和粘土填充剂、以及锡球和锡渣。最后，如果装配制造商选择免洗工艺，那么必须做到进来的元件满足所要求的清洁标准，板的处理用手套或手指套来完成，控制焊接过程以保证污染在最低水平。如果制定氮气作焊接过程的惰性处理，那必须实行更严格的过程控制。真正的免洗工艺的成本可能和焊后轻洗的差不多，因为新的固定设备的投入，加上氮气的消耗。随后的运作，如线的绑接、芯片附着、检查、焊接、返工/修理、测试、即时处理、储存和最后装配，都是包括在焊接运作之内完成的。如果装配不尊照适当的处理技术，可靠产品所要求的清洁度水平可能会打折扣。波峰焊接/回流焊接之后的清洗助焊剂技术很大程度上决定所要求的清洁剂。水溶性助焊剂的清除一般要求有添加剂的水、高压机械能量和温度。松香助焊剂的清除要求或者是溶剂，半含水的或者是含水的清洁剂。由于市场上配方技术范围之广，低残留/免洗助焊剂的清除取决于需要清洗的产品。合成助焊剂的清除一般要求溶剂或半含水工艺。许多清洗技术都适合于清除该种残留物。焊接过程的温度曲线必须是专门的、受控的并存档，特别是产品的组合是变化的。例如，元件密度高的多层板相对于很少元件的PCB要求特别的温度曲线。由于这些原因，锡膏的制造商提供在选择回流曲线时需要遵循的工艺指示。助焊剂残留清除之前，多次的焊接过程可能引起聚合作用。这些残留更加难于清理，因为聚合作用形成高分子重量的物质，使污染物更难于溶解于清洗剂中。低固体或低松香/人造松香的助焊剂一般留下较低的焊后残留物集中。各种这类的助焊剂都可买得到。可是，因为残留物的清除能力可能随最终产品的不同而变化，装配制造商必须选择与残留物兼容的清洁剂。焊接其间过热或过久的加热可能产生很难清除的残留物。焊后清洁剂与设备半含水的清洗剂适合于许多使污物“成溶剂化物”的材料，随后通过水的冲刷清除污物。溶剂一般具有低蒸发压力、闪点超过150F、低挥发性、与许多助焊剂残留有亲和力、浸洗寿命长、不消耗臭氧。这个类别下供应的产品包括水溶性和非水溶性的有机溶剂。水是它的冲刷剂。水溶性半含水溶剂由重酒精、乙二醇以太(glycol ehters)和环形胺(cyclic amines)组成。其优点之一是易于清除：夹带一般不是问题。缺点包括当希望采用封闭循环时，冲刷水处理的复杂性。非水溶半含水溶剂由松节油(terpene)、碳水混合物、二元酯(dibasic esters)和乙二醇以太(glycol ether)组成。它们要求第一阶段冲刷的机械冲击，以保证充分的清除。这里夹带可能是一个问题。可是一个明显的优点是当要求零排放的封闭循环时，将清洁液体与冲刷流的分隔能力。用于半含水清洁过程的设备一般由浸泡下的喷雾、离心和超声波搅动。总之，溶剂去除松香、低固体和合成激化助焊剂残留的效果很好。并且，由于浸洗寿命长、损失最少和高污物装载能力，其经济性一般为人们所接受。对于极性离子材料，水是比有机溶剂更好的溶剂。相反，水对清除诸如脂、油和松香之类的非极性材料的效果较差。水，单独或有少量添加剂，是清除焊接后水溶性有机酸(极性溶剂)锡膏助焊剂的很好的溶剂。当清除极性与非极性污物，如松香/合成松香、轻油和合成残留物时，需要添加剂。含水清洗化学品也提供一个范围的配方选择。可是，如前所述，只有在适当的过程条件下，水才适合于清除许多有机酸(OA)助焊剂残留物。有些有机酸残留物要求添加剂，和水一起，以低浓度，帮助湿润、去泡和置换盐。基于含水的皂化剂可清除极性与非极性的污物，如松香助焊剂。基于无机的皂化剂已经得到进化，提供了在空气喷射受到控制的区域，清除松香助焊剂的选择。后来，有机溶剂混合物和水一起提供对某些较顽固的低残留与合成基助焊剂的高效清除剂。设备市场提供