印刷电路板PCBA的清洁度管理

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1、印刷电路板 PCBA 的清洁度管理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.

2、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 2.3.2。6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.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

3、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清洁度要求总结残留物标准适用范围清洁度标准类型IPC-6012离子 所有类别电子的阻焊1.56卩g/cm2NaCl当量涂层前的光板有机物所有类别电子的阻焊IPC-6012无污染物析出*涂层前的光板所有类所有类别电子的阻焊J-STD-001足够保证可焊性型涂层前的光板所有电子类别的焊后不松脱、不挥发、最小电J-STD-001 颗粒装配气间隔1类电子的焊后装配200yg/

4、cm2J-STD-001 松香 *2类电子的焊后装配100yg/cm23类电子的焊后装配40卩g/cm2所有电子类别的焊后J-STD-001 离子 *装配1.56卩g/cm2NaCl 当量可见残所有电子类别的焊后IPC-A-160视觉可接受性留物装配*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（conformalco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

5、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

6、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

7、焊剂，小于0.39卩g/cm2对高固体松香助焊剂，小于0.70卩g/cm2对水溶性助焊剂，小于0.75-0.78卩g/cm2.对锡/铅金属化的光板，小于0.31卩g/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NavalAvionicsCentH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

8、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,EnvironmentalProtectionAgenC美国国防 部（D0D,Depar tmen tofDefenS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,chlorofluorocar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

9、要在掌握I PC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。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-degreasingsol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

10、。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

11、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

12、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

13、。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

14、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

15、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