电子装配中必要的清洗

展亚鸽

【摘 要】清洗是电子制造的一个十分重要的环节，多年来一直用于去除PCB生产中潜在的有害污染物。在迅速发展的电子工业方面，是通过保证良好表面电阻、防止漏电而导致PCB失效，从而在本质上延长产品寿命。

【关键词】清洗；污染物；测试

为了得到高绝缘电阻，电子装备的清洗是十分重要的。想要实现这些，需要助焊剂/粘合剂、化学清洗剂、清洗设备的生产商电子工程师的通力配合才能达到最理想的清洗效果。在很多阶段都需要清洗，模版印刷和焊接之前需要清除以前生产过程中遗留下来的污染物；模版印刷之后需要清除多余的胶粘剂；焊接后也需要清除腐蚀性助焊剂残渣和任何多余的焊膏。在当今的工业领域，许多厂家倾向于“免清洗”工艺，这似乎意味着焊接之后无需清洗。在“免清洗”工艺中，助焊剂的固体含量低于传统型助焊剂，但是仍然含有松香和催化剂，这些在下一道工序——诸如PCB 的涂覆和包封前，是不会被去除的这些残留物和其他一些因未经过清洗流程而聚集的有害杂质，会影响后面保护膜层的附着力和其它性能。因此，可以这样说，纵然新技术有他的优越性，比如说“免清洗”助焊剂，但是电子工业中依旧需要多级清洗工序。最后，返工时去除涂层和粘合剂也需要清洗，用于清洗当前的元件及维护生产线。

目前清洗劑主要分为溶剂型和水性两种。传统的三氯乙烷和CFC 的溶剂清洗剂曾一度控制市场；但是，因为他们对臭氧的潜在破坏力，已被其他各种溶剂型清洗剂所替代。这些溶剂型清洗剂现在主要被分为三种：易燃的溶剂型清洗剂，不易燃溶剂型清洗剂和诸如HFC和HFE 的不易燃卤化溶剂型清洗剂。这三种类型各有优缺点，但是总体上说溶剂型清洗剂是挥发快、可独立使用的清洗剂。然而，他们需要特殊设备和通风装置以免受到毒性和其它可能危险的伤害。水性清洗剂也是危害臭氧层化学品的替代品，并同时减少了溶剂的排放。

相对于溶剂型清洗剂来说水性清洗剂有以下几个优点：不易燃，低气味，低溶剂或无溶剂，极低毒性。清洗的方法很多，取决于清洗设备的类型。针对超声波机、压力喷淋机或离心机，及不同的清洗对象，需要选择不同的水性清洗剂。水性清洗剂比溶剂型清洗剂更加复杂，他们利用表面活性技术降低界面张力，悬浊或乳化PCB上的污染物从而去除。水性清洗剂的另一工作原理是通过皂化作用中和酸性助焊剂。水性清洗剂唯一的不足是需要多步骤来完成清洗工作，包括两步漂洗和最后的烘干。

最后，还有一种新型的不含表面活性剂的水性清洗剂，含乙二醇，集水性清洗剂和溶剂型清洗剂的优点于一身，只需少量漂洗。随着工业扩展的需求清洗市场也随之不断的发展。明确清洁度指标非常重要，相当一部分潜在的焊剂残渣和污染物是肉眼甚至放大镜也无法看到的。因此至关重要的正确的方法是测定清洁度指标是否符合电子工程师确定的标准。污染物包括两种类型：离子的和非离子的。在清洗和精确描述清洁标准后，有很多方法可以评估污染水平。包括松香，油和润滑油脂在内的非离子污染物为非传导物质，并且通常以有机物的形式在制作电路板和装配之后遗留下来。他们的绝缘性在插入式转换器或连接器装配在PCB时候会产生问题，并使阻焊剂、三防漆、灌封料的附着力差，覆盖离子污染物和杂质碎片。

离子污染物通常指焊剂残渣或焊接后留下的有害物质，包括水溶性有机物或无机物，可分散在溶液中作为带电离子，使该溶液的整体导电性升高。它们会引起电路间漏电、腐蚀或促使枝晶生长，从而降低电子元件及系统的稳定性。离子和非离子污染物均会影响设备的运转和可靠性，其中离子污染物对导致失效占更大的比例。

监控离子和非离子污染物水平有几种方法：最简单的方法是目测，两种类型的污染物均可监控。虽然它不能提供任何定量的数据，但常与其他方法一起配合使用。放大倍数10-15倍通常足够用于质量检测，并提供生产流程的信息，包括操作、包装和这些流程中产生的污染物。除光学检测之外，没有其他测量非离子残余物的简单方法。最广泛采用的有效确定污染物精确特性的分析方法是傅立叶转变红外光谱法（FTIR）。高效液相色谱（ HPLC ）和UV-Vis光谱分析能被用来识别残留的松香。扫描电镜（SEM）、能量色散型X射（EDX）分析法和俄歇电子分析法也适合于辨别PCB 上的污染物和残留物，并且每一种都有其特定的优势。这些检测所需的设备昂贵，同时需要经常维护，因此很少应用于生产环节。

一种常用的测试离子污染物水平的方法是溶剂提取物电阻系数测量法（ROSE），也被称之为溶剂提取物传导率测定法（SEC）。ROSE 理论是电阻系数随着溶液中离子浓度的增长而降低。简单的自动化ROSE 检测机，Omega 仪、Ionograph 或ZeroIon，被很多电子装配厂家作为质量控制的测试手段。IPC TM-650 工业标准，是用异丙醇和去离子水溶液萃取污染物，并时时测定电导率的变化。这种测试方法被广泛采用，它可迅速得到测试结果，但也有一定的局限性。这种方法使用廉价、易得的溶剂（IPA），最初是用于测试传统的松香型助焊剂残留物。这种方法现在稍微有些过时了，可能无法提醒使用者警惕可能的变化导致的不易溶残留物。

公认的清洁度水平也促进了清洁工业的发展。使用前文中提到的传统型CFC 类的清洗剂时，公认的限值1.56μg/ cm2 相当于ANSI/J-STD-001 标准中描述的NaCL。现在，多数厂家都可以做到低于这个水平，通常在（0～1）μg/in2。这种方法只可以用作离子污染物的测量方法，也不能精确判别污染物的种类及其位置。另外两种提供有价值测量数据的方法是表面绝缘电阻测量法（SIR）和离子色谱分析法（IC）。前者通过交错梳形波扫描PCB，在温湿度递升的条件下测量电流随时间的变化。污染物的存在会降低导体间物质的绝缘电阻。后者——离子色谱分析法（IC）——是清洁度评估的一种新方法，用于识别并定量分析电子装置上存在的特定离子种类。这种测试方法详细列出了可被特定介质去除的离子残留物。随后通过液体分析对残留物做分离、识别、定量。对于这种方法，底材处理和准备很重要，昂贵且耗时，因此它通常不用做质量控制手段，只作为特定分析技术。

对PCB及相关元件进行有效清洗是电子制造业的基本环节。它增加了系统的可靠性，并保证随后的涂敷和封装操作得到满意的效果。清洗剂的选择取决于生产环境，无论使用溶剂型或水性清洗剂，要得到好的清洗效果就必须选择并采用正确的施工方法。很多规范都对清洁度评估有所涉及。IPC TM-650 是工业标准，它列出了上面提到的多数清洁度检测方法，给出了详细的分析指南。不难看出，一些方法十分昂贵且耗时，但是他们能够提供关于污染物的类型、位置和数量方面的精确数据。另外，采用少数极端的方法可以快速、高效地控制质量。总之，选择最合适的清洗流程，以达到所要求的清洁度水平，是以最小成本确保最大可靠性的关键。

【参考文献】

[1]王天曦，李鸿儒.电子技术工艺基础[M].北京：清华大学出版社，2000.6.

[2]孙延林.电子工业静电防护指南[M].北京：电子工业出版社，2007.

[3]宋坤.防静电技术在电子产品生产中的应用[J].电子工艺技术，2011.