不可缺少的电子组装件清洗技术.doc

作者：Jade Bridges、Amanda Stuart, Electrolube公司对性能和可靠性的要求，现在比过去高了很多。要想表面绝缘电阻很高，一定要干净清洁。污染物有助焊剂、锡膏、粘合剂残留物和其他常见材料。清洗在电子产品生产制造中是必不可少的工艺。在PCB制造中一直用清洗技术来清除那些可能有害的污染物。这类污染物包括助焊剂、焊膏、粘合剂残渣和一些常见的材料，例如灰尘和其他生产工艺产生的碎片。在生产规模迅速扩大的电子产业中，清洗的目标是保证表面绝缘电阻很高、防止电流泄漏，从而提高产品的使用寿命。表面绝缘电阻高低和漏电流是引起PCB故障的主要原因。从市场的发展趋势来看，不论现在还是将来，电子产品尺寸会越来越小。因此，对产品的性能和可靠性的要求也会比过去高很多。为了得到更高的表面绝缘电阻，保证电子产品组装件的干凈清洁，非常重要。只有通过助焊剂/粘合剂厂商、清洗材料厂商和清洗设备厂商与电子产品工程师的共同努力才能做到这一点。什么时候进行清洗？很多工序需要使用清洁技术：在印制和焊接PCB之前，要把前面许多工序产生的污染物清洗掉；在模板印刷后，要把多余的粘合剂清洗掉；在焊接后，要把腐蚀性的助焊剂残留物和其他多余的锡膏也去掉。今天，许多制造商转而使用免洗工艺，这表示，在焊接后不需要清洗。在免洗工艺中，助焊剂的固体含量低于传统助焊剂；不过，这些材料仍然含有松香和催化剂，在进行下一道工序之前，例如在涂覆或者灌封之前，是不清除的。这类残留物以及因为省去清洗工序而收集到的其他多余的元素，会引起粘接的问题，也可能会影响保护层的性能。因此，可以说，即使有了新技术，例如免洗助焊剂，清洗仍然是各道工序必不可少的一项工艺。在返工时，需要清洗技术，把涂层和粘合剂去掉，需要清洗元件，而且生产线在定期维护或者紧急维护时也需要清洗。清洗技术 目前电子组装市场上的清洗剂主要有两种：溶剂型清洗剂和水基清洗剂。一般说来，像1、1、1三氯乙烯和1、1、3三氯三氟代乙烷这类溶剂型清洗剂在电子组装市场上占主导地位；但是，它们可能会破坏臭氧层，现在已经被其他溶剂型清洗剂取代。这类清洗剂一般有三种类型：可燃的溶剂型清洗剂、不可燃的溶剂型清洗剂和不可燃的卤化溶剂型清洗剂，例如HFC和HFE。这三类清洗剂各有其优点和不足。总的说来，溶剂型清洗剂是一次性快干清洗剂。不过，它们需要用专用的设备和提取方法来防止毒性的危害和其他可能的危害。另一个办法是用水基清洗剂来取代那些会破坏臭氧层的化学材料。使用水基清洗剂还可以减少在清洗过程中溶剂的用量。水基清洗剂有许多优点，例如不可燃、异味少、VOC含量低或者没有、毒性低，等等，这是溶剂清洗剂所没有的。市场上有许多清洁产品，每一种产品适合不同类型的设备。一般说来，水基清洗剂使用起来比溶剂清洗剂复杂得多。不论是超声波设备、浸泡喷洒型设备还是洗涤器型设备，首先必须根据具体的任务来选择合适的水基清洗剂。水基清洗剂通过表面活性剂把污染物从PCB上清除掉，它降低界面上的张力并且使它们悬浮在溶液中或者把它们乳化掉。也就是说，清除水性助焊剂的清洗剂是通过皂化作用把酸性焊剂中和掉。水基清洗剂的主要缺点是它们需要经过几道工序才能完成清洗工作，其中包括两道冲洗工序和最后的干燥工序。一种比较新的无表面活性剂的水基清洗剂使用乙二醇。这些清洗剂兼有水基清洗剂和溶剂型清洗剂的优点，减少了冲洗环节。污染物 为了适应行业规模不断扩大的需要，清洗市场不断发展。最重要的是必须明确规定清洁程度。可能有破坏性的助焊剂残留物和污染物，很大一部分用肉眼是看不见的，就是用放大镜也看不出来。必须使用正确的方法来确定清洁程度是否达到电子工程师规定的标准。残留物有两种：离子残留物和非离子残留物，有许多办法可以用来确定清洗后的污染程度，并且准确地描述清洁程度。非离子残留物包括松香、油脂和润滑油。它们不导电，一般是在电路板组装后留下的有机物。它们具有绝缘特性，在组装件上安装插入式触点或者连接件的地方，会引起种种问题。这些残留物会引起阻焊层性能变差、敷形涂敷不良、灌封材料粘着力下降，还会把离子污染物和各种外来的碎片包起来。最常见的离子污染物是在焊接后留下来的助焊剂残留物或者有害的材料。水溶性有机或无机化合物在溶液中会分离，形成带电离子，提高了溶液的导电性。由于它们会引起电路的漏电流增大，产生腐蚀并且促进树枝状结晶生长，从而降低电子元件和组装件的可靠性。电子器件上的离子污染物和非离子污染物都会影响器件的正常工作和可靠性，但是离子污染物引起的PCB故障占的比例较高。监测离子和非离子污染程度的方法有几种。其中最简单的方法就是视觉检查，这种办法可以用来检查离子和非离子污染物。用这个办法不能得到定量数据，要和其他方法配合起来使用。放大十到十五倍可以满足质量控制的要求，不仅如此，它还能够提供生产工艺方面的信息，包括搬运方法和包装技术以及它们对污染的影响。光学检查是检测非离子残留物的最简单方法。对于确定准确的污染物特征，傅立叶变换红外线光谱仪（FTIR）是有效而且常见的分析工具。可以用高效液相色谱法（HPLC）和紫外线-可见光谱分析来辨别残留的松香。还可以扫描电子显微镜（SEM）、能量散射X射线（EDX）分析和Auger分析来确定PCB上的残留物和污染物。每一种方法都有它的优点。安装和维护这类实验需要的设备都很贵；因此，这些方法在电子生产中都很少用到。确定离子污染程度的最常见方法是测量溶剂析取物的电阻率（ROSE），也就是溶剂析取物导电率（SEC）。溶剂析取物电阻率测定法的原理是电阻率随着溶液离子溶度的增加而降低。许多电子组装工厂采用简单自动的溶剂析取物电阻率测试来做质量控制（QC）试验。IPC-TM-650是行业的标准测试，它用异丙醇和去离子（DI）水的溶液提取污染物，同时用仪器测量导电率发的变化。人们一般都能接受这类测试，可以很快得到结果，但是这个方法存局限性。最初，这种测试方法的目的是测试传统的松香助焊剂残留物，使用便宜而且容易买到的溶剂（IPA溶剂），现在这种办法有点过时了，也许不能提醒用户，可能存在的变化，而这种变化却会产生无法溶解的残留物。不断演变的标准 对清洗度的要求出现了变化，这也表现在清洁行业的进步上。一般说来，对于CFC-113型清洗剂，认可的极限范围是1.56-g/cm2（10g/in2）的等量NaCI，这在ANSI/J-STD-001标准中详细讲到。如今，大部分组装件的离子污染物基本上都低于这个数值，一般在0-1g/in2的范围内。这个方法只能用来测量离子污染物，不能用来确定污染物的位置和污染物的类型。有两种办法可以提供有价值的数据：表面绝缘电阻（SIR）测量和离子色谱（IC）分析。表面绝缘电阻测量法中使用交叉梳状图形的PCB来测量电流随时间的变化，一般在较高的温度和湿度进行测量。污染物的存在会降低电路板上导体之间的材料的绝缘电阻。离子色谱分析法是评价清洁度的较新方法，可以用来判别电子器件上特定离子的种类并且给出定量结果。这个方法可以详细地给出具体的离子残留物，然后用特殊的媒质把这些残留物清除掉。接着对流体进行分析，可以对残留物进行分离、识别，并给出定量结果。在使用这个办法时，在搬运和准备基板时要非常小心，因而花费很大，要用很长时间；因此，它不能用于一般的质量控制，但是可以作为特殊的分析工具使用。结论 有效地清洗PCB和有关的表面和插装元件，是电子产品生产制造不可缺少的环节。它提高了组装件的可靠性，不仅如此，操作人员还可以毫无顾虑地进行涂布和灌封作业。选择什么清洗设备，在很大程度上是由生产条件决定的。不论是用溶剂型清洗技术还是水基清洗技术，为了成功地进行清洗，一定要正确地使用和设置。目前已经有许多关于评价清洁度的技术规范；公认的行业标准是IPC TM-650。