表面组装板焊后污染物清洗工艺

表面组装板焊后清洗工艺,1清洗目的焊后清洗的主要目的是清除再流焊、波峰焊和手工焊后的助焊剂残留物以及组装工艺过程中造成的污染物。,2污染物对表面组装板的危害aPCB上的离子污染物、有机材料或其它残留物造成漏电、严重时造成短路；b目前常用助焊剂中的卤化物、氯化物具有很强的活性和吸湿性，在潮湿的环境中对基板和焊点产生腐蚀作用，使基板的表面绝缘电阻下降并产生电迁移，严重时会导电，引起短路；c对于高要求的军品、医疗、精密仪表等特殊要求的产品需要做三防处理，三防处理前要求很高的清洁度，否则在潮热或高温等恶劣环境条件下会造成电性能下降或失效等严重后果；d由于焊后残留物的遮挡，造成在线测或功能测时测试探针接触不良，容易出现误测。f对于高要求的产品，由于焊后残留物的遮挡，使一些热损伤、层裂等缺陷不能暴露出来，造成漏检而影响可靠性。同时残渣多也影响基板的外观和商品性。,3污染物的类型和来源（见表1）为了有效清除表面组装板污染物，应了解污染物的类型和来源，了解污染物与表面组装板之间的结合和污染机理，以便选择适当的清洗剂和清洗工艺。表1表面组装板污染物的类型和来源,污染物的种类,1.极性污染物极性污染物是指在一定条件下可以电离为离子的一类物质如卤化物酸及其盐它们的主要来源是助焊剂或焊锡膏中的活化剂当电子部件加电时极性污染物的离子就会朝着带相反极性的导体迁移最终引起导线的腐蚀。2.非极性污染物非极性污染物主要是指助焊剂中残留的有机物最典型的是松香本身的残渣波峰焊中的防氧化油焊接工艺过程中夹带的胶带残留物以及操作人员的肤油等这些污染物自身发粘吸附灰尘。有时松香覆盖在焊点上还有碍测试特别是非极性污染物在极性污染物的配合下还会加剧污染的程度3.粒状污染物粒状污染物通常是工作环境中的灰尘烟雾和静电粒子它们也会构成对电器产品的危害使电气性能下降,4清洗机理清洗是利用物理作用、化学反应去除被洗物表面的污染物、杂质的过程。无论采用溶剂清洗或水清洗，都要经过表面润湿、溶解、乳化、皂化作用等，并通过施加不同方式的机械力将污染物从组装板表面剥离下来，然后漂洗或冲洗干净，最后吹干、烘干或自然干燥。各种不同清洗方法中主要清洗机理如下：4.1表面润湿清洗介质在被洗物表面形成一层均匀的薄膜，润湿被洗物表面，使被洗物表面的污染物发生溶胀。要求清洗介质的表面张力小于被洗物的表面张力。在清洗介质中加入一些表面活性剂可以明显提高润湿能力。,4.2溶解有机溶剂清洗的主要去污机理是溶解。选择溶剂时应遵循相似相容原则，极性污染物应选用极性溶剂，非极性污染物应选用非极性溶剂。但在实际生产中经常将极性溶剂与非极性溶剂混合使用。在有机溶剂清洗中加入一些表面活性剂可提高清洗剂对残留物的溶解能力。离子性溶解此方法是指将污染物在水中离解成离子。这种离子性物质的溶解，会使水的电导率提高。非离子性溶解非离子性溶解是指污染物溶于水中，不会使水的电导率发生变化。,4.3乳化作用在水清洗和半水清洗工艺中，可以在水中加入一定量的乳化剂。在清洗合成树脂、油、脂类污染物时，这些污染物与乳化剂发生乳化而溶于水中。加入表面活性剂可以提高乳化作用。4.4皂化作用皂化作用是单纯的化学过程，是中和反应。皂化反应使用的是脂肪酸盐，它使松香，羧酸发生皂化反应，使被洗物表面的残留物溶于水中。皂化剂对铝、锌等金属表面会产生腐蚀，随温度升高，时间增长，这种腐蚀作用加剧。因此使用皂化剂时应添加相应的缓蚀剂，并观察皂化剂与元器件等的相容性。加入表面活性剂可以促进皂化反应。10.4.5螯合作用螯合作用是指加入络合物使不溶性物质（如重金属盐）产生溶解。,4.6施加不同方式的机械力加速清洗速度、提高清洗效率a刷洗刷洗有人工刷洗和机械刷洗两种方式。b浸洗浸洗是指把被洗物浸入清洗剂液面下清洗。可采用搅拌、喷洗或超声等不同的机械方式提高清洗效率。c空气中喷洗在闭合容器中，通过增加水压和流量，进行喷洗。喷洗是批量清洗和在线清洗中常用的方法。水流的能量（压力和流量）直接影响清洗效果，在相同水流量下，高压更有助于残留物的清洗。但如果压力过高，由于水流打到组装板表面时回溅大，反而会影响清洗效果。低压水流能起到浸泡效果，有利于残留物的溶解。因此在线式水清洗设备中，一般都采用高，低压水流结合的喷洗方式。,d浸入式喷洗浸入式喷洗（喷流清洗）是指浸泡在液面下的液流冲洗。喷嘴安装在液面下，在清洗机两侧相对位置交叉排放，以保证液流互不干扰，形成涡流热浴效果。这种方法适用于清洗对超声波敏感的产品。适用于易燃，易爆、易挥发、易起泡沫的清洗剂。e离心清洗离心清洗的原理是利用电动机动力所构成的转距使被洗物产生离心力，并由离心力作用使被洗物表面的污染物拨离组装板表面。这种清洗方法，能使清洗液、漂洗液穿透窄间距、微小缝隙、洞、孔等难于清洗的部位达到清洗目的。f超声波清洗超声波清洗是依靠空穴作用、加速度来促进物理化学反应。超声波的这种空穴作用可渗入到其它清洗方法很难到达的区域。清洗效率比较高。对于军工产品不建议采用超声波清洗，可能对元器件造成损害。,5表面组装板焊后清洗的传统溶剂清洗剂和清洗工艺传统的溶剂清洗剂有氟里昂（英文缩写CFC113）和1.1.1.三氯乙烷等氟碳溶剂（CFC）。氟里昂用于波峰焊和手工焊的焊后清洗，1.1.1.三氯乙烷用于再流焊的焊后清洗。传统溶剂清洗方法一般采用超声或汽相清洗技术，这是近几十年来国际上应用最广泛的高清洁、高效率清洗技术。氟里昂和1.1.1.三氯乙烷作为清洗剂来说，它们具有化学稳定性好、热稳定性好、对印制板和元器件无腐蚀、清洗效率高、对人体毒性在允许范围内、价格较便宜等优点。但CFC清洗剂属于ODS物质，对大气臭氧层有破坏作用，形成臭氧空洞，臭氧空洞对人类生存环境和人体健康带来严重危害，是联合国蒙特利尔议定书中规定限期停止使用的清洗剂。中国最迟2006年1月1日禁止使用。,5.1超声清洗原理,超声清洗是清洗剂在超声波的作用下产生孔穴作用和扩散作用，产生孔穴时会产生很强的冲击力，使粘附在被清洗物表面的污染物游离下来；另外由于超声波的振动，使清洗剂液体粒子产生扩散作用，加速清洗剂对污染物的溶解速度。清洗剂液体可以进入被清洗工件的最细小的间隙中，在清洗剂液体的任何部位产生孔穴和扩散作用，因此可以清洗元件底部、元件之间以及细小间隙中的污染物。超声清洗时产生孔穴的数量、孔穴的大小以及清洗剂振动的力度与压电振子的振动功率和频率有关，孔穴的密度和孔穴的尺寸越大，清洗效率越高，因此超声清洗时应适当调节功率和频率，使孔穴的密度和尺寸尽量最大。另外适当提高温度也可以加速清洗剂对污染物的溶解速度，但由于清洗溶剂的闪点都比较低，因此要根据溶剂的闪点设置加热温度。要确保安全操作。,5.2清洗剂的选择原则a润湿性好，表面张力小，使组装板表面污染物充分润湿、溶解。b毛细作用适中，黏度小，能渗入被洗物的缝隙中，又容易排出。c密度大，可减缓溶剂的挥发速度。可降低成本，减少污染环境。d沸点高，有利于蒸汽凝聚。沸点高的清洗剂安全性好，可以通过升温提高清洗效率。e溶解能力强。f腐蚀性（溶蚀性）小。对元器件和印制板不发生溶蚀作用。g无毒（或毒性小）对人体无害，对环境污染小。h安全性好，不易燃、易爆。i成本低。,5.3清洗剂的配置通常将极性溶剂与非极性溶剂混合，配成恒沸溶剂。恒沸溶剂是用两种以上的溶剂，混合后表现为单一溶剂的性质，只有一个沸点。用于波峰焊和手工焊的焊后清洗剂波峰焊和手工焊的污染物主要是非极性松香脂残渣和少量油脂、尘埃等。氟里昂（CFC113）是非极性溶剂，乙醇、是极性溶剂，在CFC113中加入210%乙醇可提高清洗剂CFC113对残留物的溶解能力。也可选用无水乙醇。,用于再流焊的焊后清洗剂由于焊膏中除了松香脂或合成树脂外，还有触变剂等多种添加剂，其化学成分比波峰焊和手工焊的焊用助焊剂复杂得多，焊后生成石蜡等残留物的成分也比较复杂。再流焊时从焊料融化到凝固需要6090s，再流焊的高温时间比波峰焊长得多，又增加了松香的聚合程度。因此再流焊后的残留物清洗难度比较大。无铅焊的焊接温度更高，焊后清洗难度就更大了。另外由于表面组装板的组装密度高，细小缝隙中的残留物不容易清除。由于以上多种原因，再流焊的焊后清洗要选择溶解能力强1.1.1.三氯乙烷作清洗剂。,5.4清洗时间与温度、超声功率、频率清洗时间要根据污染物的种类、污染程度、清洗剂的溶解能力和清洗方式来决定。一般原则是污染程度轻、清洗剂本身的溶解能力（KB值）强、超声功率大，可适当缩短清洗时间。超声清洗时产生孔穴的数量、孔穴的大小以及清洗剂振动的力度与压电振子的振动功率和频率有关，孔穴的密度和孔穴的尺寸越大，清洗效率越高，一般用于清洗的超声波频率为18KHZ300KHZ。适当提高温度也可以加速清洗剂对污染物的溶解速度，要根据溶剂的闪点设置加热温度。确保安全操作。温度为4060左右。一般超声时间控制在3060s。,影响超声波空穴作用的因素除了频率、功率、温度以外还有清洗液的表面张力、粘度和密度。清洗一定数量的组装板后，清洗剂出现浑浊，溶解能力就会下降，应及时更换新的清洗剂，否则会造成二次污染。为了节省清洗剂可用漂洗液作第一遍超声清洗液。,5.5漂洗与干燥超声清洗后要用清洁的清洗剂漂洗。漂洗时可用与超声清洗液相同的清洗剂，也可以用乙醇漂洗。根据组装板的污染程度决定漂洗1遍或2遍。漂洗干净后将清洗提蓝放置在通风柜中自然干燥约需要30s以上。如果清洗的组装板数量较多，干燥时间要长一些。,6汽相清洗过程及清洗原理,6.1汽相清洗过程：先在加热的清洗溶剂中浸泡使污染物软化超声清洗，将清洗物表面的污染物游离下来然后汽相清洗，汽相清洗相当于蒸汽浴，溶剂的蒸汽是很纯净的，利用溶剂蒸汽不断地使被清洗工件“出汗”并带出污染物再用较清洁的清洗溶剂漂洗最后用干净的清洗溶剂喷淋。汽相清洗设备有单槽和多槽式两种结构。单槽式清洗机清洗时，被清洗工件上、下移动，先在清洗槽底部加热浸泡和超声清洗，然后将清洗工件提升到浸泡超声槽与冷凝管之间进行汽相清洗，最后用干净的清洗溶剂喷淋；多槽式清洗机清洗时，被清洗工件从第一个槽向最后一个槽横向移动，在第一个槽中加热浸泡和超声清洗槽，同时进行汽相清洗，在第二个槽中漂洗(有的设备有二个漂洗槽)，最后将被清洗工件提上来，用干净的清洗溶剂喷淋；,6.2汽相清洗原理汽相清洗设备底部是加热浸泡和超声清洗槽，在清洗槽上方槽壁的四周安装有几圈冷凝管，在此处形成冷凝温区环。当液体溶剂加热到汽化温度，溶剂开始蒸发，同时也蒸发到被清洗工件上，当溶剂蒸汽上升到冷凝温环时，溶剂蒸汽凝结并落在被清洗工件上，由于溶剂的蒸汽是很纯净的，利用溶剂蒸汽不断地蒸发和冷凝，使被清洗工件不断“出汗”并带出污染物。,溶剂法清洗的工艺流程,先将SMA放在清洗机的蒸气区内（清洗机四周有冷凝管）有机溶剂被加热至沸其蒸气遇到冷的工件表面后又形成溶剂并与表面污染物发生作用最后随液滴下落至工件表面并带走污染物再用冷凝回收下来的洁净溶剂对工件进行喷淋冲刷掉污染物。喷淋后工件仍在蒸气区内当表面温度达到蒸气温度时表面不再出现冷凝液滴此时工件已经洁净干燥。最后取出工件即可。,1、间歇式清洗（汽相清洗）,汽相洗,噴淋,汽相洗,干燥,油污分离,SMA,清洁液,污液,这种方法清洗的工件没有二次污染是一种全洁净的清洗适用于污染不严重而洁净度要求较高的情况,被清洗的工件浸入在超声槽中溶剂升温至沸点激活超声波发生器超声波发生器发出高频振荡信号通过换能器将高频振荡波转化为机械振荡激励清洗剂它会促使清洗剂生成许多小气泡小气泡爆炸消失再生成循环不断并产生瞬间高压这种现象在超声清洗中称为“空化效应”这种空化效应具有很强的冲击力和扩散作用有利于清洗剂渗透到SMD底层清洗底层的污染物,2、沸腾超声清洗工艺,热浸,超声,漂洗,干燥,油污分离,SMA,清洁液,污液,在超声波的作用下清洗效果好适用于污染较严重的SMA,6.3溶剂清洗安全管理制度（仅供参考）a由于清洗间使用大量汽油、酒精等易燃液体，因此清洗间应配足够的消防器材，严禁明火；b闲杂人员不得进入清洗间，非岗人员必须得到允许才能进入；c严禁穿带铁钉的皮鞋进入清洗间；d操作人员应遵守环保安全守则，严禁违章作业；e操作前必须先打开通风，工作前必须穿戴好劳动保护用品；f汽油、酒精及玻璃洗液瓶，必须双手拿放，小心滑落跌碎。使用完毕应盖好瓶盖，放置在安全的地方；g对废液等废弃物要分类回收管理，收集到指定地点集中处理；h完成工作或下班前应将台面清理干净，离开清洗工作间前应做安全检查，并关闭门、窗、水、电。,7清洗工序检验7.1清洁度标准a离子污染度目前国内还没有标准，一般都引用美军标MIL28809或美国标准协会的标准ANSI/J001B。表2清洁度分类,b表面绝缘电阻（SIR）：SIR1010,7.2清洗效果的检测和评估方法,目测法利用放大镜（X5）或光学显微镜对SMA进行观察通过观察有无焊剂残留物及其它污染物来评定清洗质量。这种方法的特点是简单易行缺点是无法检查元器件底部的污染物以及残留的离子污染物。适合于要求不高的场合。溶剂淬取液测试法溶剂萃取液测试法又称离子污染度测试。它是将清洗后的SMA浸入离子度污染测定仪的测试溶液中（75%的纯异丙醇加25%的水）测定它的电阻率。表面绝缘电阻测试法由于SMA焊膏中的残留焊剂主要存在于器件与PCB的夹缝中特别是BGA的焊点更难以清除为了进一步验证SMA的清洗效果或验证所使用的焊膏的安全性（电气性能）通常采用测量元器件与PCB夹缝中的表面电阻来检验SMA的清洗效果。,THT与SMT组装的电子组件板清洗情况评估,8非ODS清洗介绍8.1有关的政策禁止使用的ODS物质和时间：用于清洗的ODS物质有：FC113、CCl4、1.1.1.三氯乙烷。属于蒙特利尔议定书中规定的第一、第二、第三类受控物质。发达国家已于1996年停止使用。发展中国家2010年全部停止使用。中国作为（蒙约）谛约国，承诺在2010年全面淘汰ODS物质。中国清洗行业将在2006年停止使用ODS。在此期间将采用逐步替代、逐步淘汰的方针。,8.2印制电路板（PCB）焊接后清洗的替代技术8.2.1溶剂清洗a非ODS溶剂清洗这是一种非水系的溶剂替代技术。属于蒙特利尔议定书中允许的替代技术。美国、日本、英国都有替代的溶剂，但溶剂的价格很贵（大约是F113的十倍）。并需要专门设备进行清洗。目前国内还没有这种溶剂，正在研制。bHCFC清洗它是一种有机溶剂与CFC的混合液。HCFC的化学结构与CFC相似，但对臭氧破坏系数DOP仅为CFC的1/10。因此当其他清洗替代方法都不行时，可采用HCFC来代替。但HCFC只是一种过渡性替代物，最终（2020年）也是要禁用的。,8.2.2免洗技术在焊接过程中采用免洗助焊剂或免洗焊膏，焊接后直接进入下工序，不再进行任何清洗。目前国内外已研制出多种免清洗焊膏和助焊剂。如晶英、爱法、四川晨光化工研究院等。邮电、通信等产品基本采用免清洗技术。免清洗是一个系统工程。从设计到生产过程都严格要求，必须对元件和另部件的清洁度严格控制，才能保证产品少受污染。,8.2.3水洗技术水洗技术可分为水洗和水中加表面活性剂两种工艺，典型的工艺流程如下：水表面活性剂水纯水超纯水热风洗涤洗涤清洗清洗干燥一般在洗涤阶段均附加超声波装置，在清洗阶段除加超声外还附加空气刀装置。水温控制在6070，水质要求很高，电阻率要求在1518M-cmm以上。这种替代技术适用于生产批量大，产品可靠性等级要求较高的企业。如计算机、航天设备及其他军工产品，清洗后清洗度指标要求符合MIL-P-28809或相应的其他高标准。引进一套水洗设备