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1、,第15章 印制电路清洗技术,现代印制电路原理和工艺,,印制电路清洗技术,,随着电子工业的发展，国内、外的很多企业已经采用波峰焊和再流焊等工艺和设备，既提高了生产效率，又改进了焊接质量，然而由于各种污染因素的存在，导致印制导线和元件引线的腐蚀、造成短路等现象，严重影响印制电路的可靠性。因此，必须对各种印制电路及印制电路组件（PCA）（特别是军品）进行严格的清洗。,,15.1污染来源及危害,15.1.1印制电路污染的来源 印制电路在装焊过程中的污染，主要来源于操作处理、焊剂的使用和焊接过程。其污染程度决于所用的技术和工作环境。周围的温度和湿度会加剧污染的危害，其危害程度取决于存放时间的长短和存放
2、的环境条件。,,印制电路污染的来源 1. 元、器件引线的污染 2. 印制电路装配操作产生的污染 3. 焊剂的污染 4. 印制板组件焊接过程的污染 5. 工作环境的作用,,15.1.2污染物的危害分析 1.化学污染的危害 最普通的化学污染会造成氧化腐蚀。由污染物作用造成印制板及组件腐蚀有很多种类型，如直接腐蚀、原电池腐蚀、裂隙腐蚀、脱锌腐蚀、磨擦腐蚀和应力腐蚀等。 2.物理污染的危害 主要是由于污染使印制板组件外观损坏或由于湿气的凝聚、吸收和吸附作用会引起从结构材料里萃取水溶性和电离的物质，形成离子化污染和溶解，进而活化潜在污染危害。,,3. 机械污染的危害 在印制板表面与粘结剂界面，由于存在污
3、染物，会产生较高的蒸气压或渗透压，引起粘结剂与印制板界面脱离。还有金属镀层和污染的板面之间有不良的无机污染物，主要是氧化物，它使金属焊盘在印制板上容易脱落。,,4.光学污染的危害 在一些工厂使用的光敏电路中，一般常遇到印制板材料中挥发出的污染物再凝聚，空气中的小颗粒、灰尘、木屑、花粉和其它环境中的污染物的沉降。 这些污染物对光的吸收或反射造成电路中信号的改变或终止等，还会使光透过性降低，减少了光通量，使电路的灵敏度降低。,,15.1.3 污染物对电路性能的危害 印制板组件的化学的、物理的、机械的、光学的等污染引起的危害改变或终止了给定电路的正常工作和预期的信号传送功能，造成导体通路的物理性中断
4、或由于导体接触面氧化腐蚀作用，使配合导体间接触电阻增加，最初导致发热，进一步引起接触部位的氧化，这些损害积累到一定程度就引起电路性能的改变，最终导致电路短路,,15.1.4 清洗的必要性 由于污染的严重性，对于高精密、高质量要求和处于恶劣环境的产品，印制电路在焊接后必须进行严格地、有效地清洗，以除掉助焊剂残渣、防氧化油、焊料污染物和其它各种污染物，特别是助焊剂残渣。消除这些因素的危害，一般来说，印制板清洗后其清洁程度应满足MIL-P-28809标准。,,15.2.1 氟碳溶剂清洗的主要特点 1.脱脂能力强，工作洁净度高 F-113 对油脂类污物的溶解性能特别好，其表面张力很小，对工件表面易润湿
5、,且F113比重大， 容易与污物分离。F113的蒸汽密度大，容易形成蒸汽层，尤其适于蒸汽脱脂（或叫汽相清洗）。由于蒸汽是无孔不入的，汽相环境是比较洁净的，没有二次污染，故清洗的洁净度比较高。,15.2氟碳溶剂清洗,,2.工件干燥温度低，速度快 当工件在溶剂蒸汽层中清洗，表面温度达到蒸汽温度（47.6）时，冷凝停止，表面不再滴液，此时工件已干燥，即可从清洗机中取出，进入下道工序或作三防处理。这与用酒精清洗不同。不必另行烘干或晾干。,,3.相容性好，化学稳定性高 清洗过程即要破坏污物同工件的联系，但又不能使工件受到溶解和损伤。F113同各种材料的相容性比较好，除了硅橡胶、聚苯乙烯和金属锌外，对一般
6、的金属、塑料、橡胶、磁带、导线涂层、绝缘层等都不起作用，故尤其适用于电子组装件的清洗，如印刷线路板的清洗。F113的化学性质稳定，不易分解，贮存、运输、使用、保管都很方便。,,4.使用安全，对环境污染比较小 F113属基本无毒，在工作场所容许的安全浓度为1000ppm,比其他溶剂的毒性要低得多。发四氯化碳10ppm,三氯乙烷为50ppm。 F113没有闪点和燃点，不燃不爆,生产上用F113沸点低、汽化潜热低，用脏后加热蒸馏很容易回收、再生，可以反复循环使用，只有少量污物排放，对环境污染比较小。,,5.电绝缘性能好，清洗后产品的绝缘性能有较大幅度的提高 F113的电阻率大于21015欧姆/厘米，
7、介电常数2.44，击穿电压为35千伏，电绝缘性能比较好，故尤其适用于电子电器产品的清洗。与酒精相比，酒精容易吸收水分，而F113对水的溶解度非常小，加上清洗后洁净度高，F113清洗后绝缘电阻有较大的提高。,,15.2.2 氟碳溶剂清洗工艺 1.常用的氟碳清洗剂 据美国杜帮公司资料介绍,常用的氟碳清洗剂有： TF清洗剂 T-WD602清洗剂 TE和TES清洗剂 G-E35清洗剂 TMS清洗剂 T-E35清洗剂 TA清洗剂 TMC清洗剂,,2.常用的洗涤方法 常用的洗涤方法有： 汽洗喷洗汽洗 、干燥工艺 热浸冷漂喷洗汽洗、干燥 超声浸洗喷洗汽洗、干燥 热浸超声漂洗汽洗、干燥,,15.2.3 氟碳溶
8、剂的危害 氟碳溶剂在一般情况下其化学性质极为稳定，几乎不分解。但在大气中大量积累并飘浮到臭氧层时，其反应历程为： Cl+O3 Cl+O2 ClO+O Cl+O2 总反应 O3+O O2+O2,,半水清洗技术是采用半水清洗材料清洗印制板，类似于溶剂清洗，然后用水漂洗，类似于水清洗，最后烘干，由于这种技术处于溶剂清洗和水清洗之间，所以称为“半水清洗”。 15.3.1 半水清洗材料 半水清洗材料的种类很多，使用最广泛的是Petroferm Inc公司生产的Bioact EC-7和Du Pont公司生产的Axarel38和Axarel32。 EC-7的主要成份是萜烯，同时添加其它成分，其主要特性如表1
9、1-1所示。,15.3 半水清洗,,表11-1 EC-7的特性,,EC-7 1，1，1-三氯乙烷 F-113/酒精,图111 EC7 对松香的溶解能力比较,,图112 半水清洗工艺,,11.3.3 半水清洗设备 半水清洗设备有在线清洗机和批量清洗机两类。在线清洗机主要采用喷射方式，传递带传送印制板，产量大，适合高产量的印制电路组装厂。 批量清洗机采用超声、离心和喷射等方式，它的产量较小，适合中、低产量的印制电路组装厂。 下面以美国Corpane Industries Inc的在线清洗机作介绍，清洗过程如图11-3所示。,,图11-3 Corpane 在线清洗机的工作步骤,,11.4 水清洗技术
10、和免清洗技术,11.4.1水清洗技术 随着水溶性助焊剂的普及应用，以水作溶剂的水清洗工艺也愈来愈广。水属一种强极性溶剂，对多种污染物都有良好的洗净效果，如指纹、松香活性剂、活性剂残渣、焊料金属盐、镀液残渣、腐蚀液（盐）的残渣、中和剂、 但是水清洗所存在的问题是： （1）不能清除非极性的油、脂； （2）向水中添加的中和剂、皂化剂等的残留物可成为新的污染源； （3）必须使用软水，且水温要求在6072之间,,（4）清洗水要用离子交换水，设备复杂； （5）松香助焊剂要用加热的皂化剂除去，而焊接过程中由于热分解、氧化、化学反应所形成的不溶成分，则要添加表面活性剂、消泡剂或其它添加剂等才可能除去； （6）
11、对清洗水的PH值、绝缘电阻、水量水质、清洁度等必须严格监控。,,在设计水洗设备系统时，必须妥善处理好下列问题： (1) 废水处理问题； (2) 洗净中生锈问题； (3) 干燥问题（特别是渗入到器件内部的残 留水）。,,11.4.2 免清洗技术 由于使用了特殊焊剂或新的焊接方法，使焊接后的印制电路无需清洗即可达到产品性能的需求，这种技术称为免清洗技术，它是取代氟碳溶剂的最终途径。 实现免清洗工艺可采用两种方法： 一是采用低固态焊剂， 二是在惰性气氛中焊接。,,1.低固态焊剂 这类助焊剂以合成树脂为基础，它们在化学成份方面有严格限制。 该焊剂有极低的固态含量，所选用的活化剂在环境条件下不与铜和焊料
12、起反应，仅在温度达到焊接预热温度时活化剂才具有活性，而冷却下来时就没有这种活性。 焊剂焊后残留可满足MIL标准和其它特殊要求。 具有焊后残余物少、表面板子不粘、无焊球或焊料粉末，在不清洗残余物的情况下，具有高的表面绝缘电阻值、最小烟雾和气味等特点。,,2.在惰性气氛中焊接 通常在焊接过程中都要使用大量的助焊剂以消除氧化，提高可焊性。 如果将焊接过程置于惰性气体中，则因没有重新氧化的条件，可大大减少焊剂的使用量，仅需少量的预处理液清除原有金属氧化层，保证焊接表面有一定的浸润性即可，这样使残渣的形成减少到最低程度，从而保证焊接质量。 惰性焊接设备有两种：开式和闭式。,,15.5印制板清洗效果的评价
13、,11.5.1 定性方法 1.目测 缺点:无法检查元器件底部的污染物以及残留的离子污染物。 2.整机性能考核 11.5.2 半定量方法 1.清洗时间的测定 2.清洗率的测定,,计算公式如下： 清洗率（）（W2-W0）/(W1-W0)100% 式中：W0金属片的重量 W1金属片浸助焊剂烘干后的重量 W2清洗后金属片的重量,,11.5.3定量方法 1.表面绝缘电阻的测定 表面绝缘电阻的测定值取决于测试条件，通常需在固定温度和相对湿度的条件下进行测试，对于军品和高可靠性产品要在测试室持续放置7天。而对产品的日常监测，至少需在测试室滞留1小时。,,2.离子污染度的测定 将清洗后的印制板浸入离子污染度测定仪的测试溶液中，测定提取溶液的电导率，以时间为横座标,电导率为纵座标图，测试结果以等效氯化钠的含量来表示，单位为g/cm2或g/m2, 只需输入基本特性参数，即可自动给出图形，打印结果。,,3.松香残留量的分析 利用适当溶剂提取印制板上残留的污染物，以紫外可见光谱定量测定其中残留松香的含量。 4.残留物的分离分析 残留物的提取液利用高效液相色谱仪进行分离分析。 优点:可对残渣混合物中的每个组份进行测定，如为离于化合物，则可采用离子色谱法。,,,Thank You !,
