宋順美，史建衛(wèi)

(日東電子科技（深圳）有限公司，廣東 深圳，518103)

電子組裝過程中，裸板經(jīng)歷了好幾個(gè)工藝階段成為組件，每個(gè)階段都有可能受到離子或非離子污染。當(dāng)電子產(chǎn)品組件暴露于潮濕（濕氣）環(huán)境或有潛在電勢(shì)（偏壓）條件下，污染物就會(huì)引起漏電流、電解腐蝕和電化學(xué)遷移，對(duì)產(chǎn)品壽命和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于環(huán)境氣候引起的產(chǎn)品損壞高達(dá)50%，而存放在庫房中的產(chǎn)品損壞高達(dá)60%。表面涂覆工藝雖然可對(duì)外界環(huán)境阻隔，但組裝過程中的污染如果不清洗，涂層就失去了保護(hù)意義。

1 PCBA 污染物分類及來源

污染物是各種表面沉積物或雜質(zhì)以及被PCBA(印制電路組件)表面吸附或吸收的一種能使其性能降級(jí)的物質(zhì)。這些不同類型的污染物可歸納為極性和非極性兩類，造成物料污染、光學(xué)污染、機(jī)械污染及化學(xué)污染四大類。

1.1 極性污染物

極性污染物分子具有偏心的電子分布，即在分子中的原子之間“連接”的電子分布不均勻，如HCI或NaCl 極性分子。極性污染物容易吸潮，在空氣中的二氧化碳作用下，產(chǎn)生正或負(fù)離子，引起電路故障，且能與金屬發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)，導(dǎo)致電路板腐蝕，引起表面絕緣電阻（SIR）下降。電場(chǎng)下若發(fā)生電遷移，則有枝狀結(jié)晶生長(zhǎng)，發(fā)生漏電和短路，一般采用極性溶劑清洗。極性污染物也可以是非離子化的，其出現(xiàn)在電場(chǎng)中，同時(shí)又有高溫或其他應(yīng)力存在時(shí)，不同的負(fù)電性分子自身就排成行形成電流。

1.2 非極性污染物

非極性污染物沒有偏心電子分布的化合物，且不分離成離子，也不帶電流，大多數(shù)是由長(zhǎng)鏈的碳?xì)浠衔锘蛱荚拥闹舅峤M成。通常，非極性污染物是松香殘留、防氧化油及操作人員膚油等，絕緣體并不產(chǎn)生腐蝕和電氣故障，但會(huì)使可焊性下降，影響焊點(diǎn)外觀及測(cè)試探頭的可測(cè)性。其次，也可能通過塵埃吸附極性污染物，影響絕緣電阻，出現(xiàn)電氣故障，一般采用非極性溶劑清洗。此類物質(zhì)存在熱變性，故很難清洗，有時(shí)候清洗后出現(xiàn)白色污染。

1.3 污染物主要來源

污染物在環(huán)境中存在的形式主要為離子型和非離子型。離子型污染源主要來自于蝕刻、電鍍、HASL 殘留物、性能不良阻焊層、固化程度不夠的永久性或暫時(shí)性阻焊層、元件封裝材料、焊劑、指印油污、機(jī)器維護(hù)油污、灰塵等，表現(xiàn)為各種有機(jī)或無機(jī)酸及鹽。離子型污染物接觸到任何形式的濕氣，通電后組件表面會(huì)發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀的結(jié)構(gòu)體（即枝晶），提供了低電阻通路，破壞了PCBA 原有功能。非離子型污染源主要包括阻焊整平劑、焊劑加濕劑（特別是噴淋型）以及含表面活性劑的清洗劑（主要是以乙二醇為基本組成），其表面的低能量能使其穿透PCB 的絕緣層，致使枝晶在板表層下生長(zhǎng)。

表1 為電子組裝過程中主要污染物來源及影響?？扇苡谟袡C(jī)溶劑的焊劑廣泛應(yīng)用于再流焊和波峰焊工藝中，它們主要由天然樹脂、合成樹脂、溶劑、潤(rùn)濕劑和活化劑等成分組成，焊后產(chǎn)生熱改性的生成物，是污染物的主要來源。從污染物引起的失效情況來看，極性的離子型污染最為嚴(yán)重。表2 為常見的極性離子污染物種類及來源與危害，生產(chǎn)制造過程中需要嚴(yán)格進(jìn)行控制。

表1 電子組裝工藝中各種污染物的來源及影響

2 電子組裝中的清洗技術(shù)

清洗劑要求能去除各種焊劑及來自PCBA 的聚合物，所用材料主要包括降低表面張力和提高穿透低托腳高度元件下能力的潤(rùn)濕劑，溶解樹脂結(jié)構(gòu)的溶解質(zhì)，緩解和皂化污垢的反應(yīng)劑，提高材料兼容性和控制高壓下泡沫產(chǎn)生的次要成分。清洗劑應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：

不燃、不爆、物理性能穩(wěn)定，儲(chǔ)存和使用期間不發(fā)生分解；

無毒或低毒，化學(xué)穩(wěn)定性好，不與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，操作安全，其人體接觸允許的最低限度必須符合規(guī)定；

表2 極性離子污染的種類、來源及危害

具有優(yōu)良的清洗性能，對(duì)污染物有較強(qiáng)的溶解能力，可以有效地溶解及去除污染雜質(zhì)，不留殘?jiān)蚝圹E；

表面張力小，利于穿透元件與PCB 間的狹窄縫隙，提高清洗效率；

與設(shè)備及元件具有兼容性，無腐蝕且操作簡(jiǎn)便；

適應(yīng)能力強(qiáng)，即可清洗PCBA，還可清洗印刷模板；

選用非ODS（消耗臭氧層物質(zhì)）物質(zhì)，對(duì)大氣和環(huán)境不具破壞作用，不產(chǎn)生新的有害物質(zhì)；

價(jià)格低廉，清洗過程中損耗小，易于回收再利用并具有理想的再循環(huán)性能。

常用清洗劑CFC（氯氟烴）具有清洗能力強(qiáng)、相容性好、使用安全、干燥快等優(yōu)點(diǎn)，但其中的臭氧耗竭物質(zhì)ODS 破壞了生態(tài)平衡。隨著技術(shù)發(fā)展，發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家先后研發(fā)了4 種主要替代技術(shù)：有機(jī)溶劑清洗、半水清洗、水清洗和免清洗，并已廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品清洗工藝中。

2.1 有機(jī)溶劑清洗技術(shù)

有機(jī)溶劑清洗主要是利用其溶解力完成預(yù)洗和漂洗，除去污染物，清洗劑具有揮發(fā)快、溶解能力強(qiáng)的特點(diǎn)，故對(duì)設(shè)備要求簡(jiǎn)單。根據(jù)選用的清洗劑，可分為可燃性清洗劑和不可燃性清洗劑，前者主要為有機(jī)烴類、醇類及酯類，后者主要為氯代烴類（如二氯甲烷、三氯乙烯、四氯乙炔）和氟代烴類（如HCFC 和HFC）。表3 為各種類型的有機(jī)溶劑清洗劑成分及主要工藝特點(diǎn)，整個(gè)工藝無需純水制備和廢水處理。

HCFC 和HFC 清洗劑有很好的兼容性，且洗后干燥、無易燃危險(xiǎn)，性能及工藝方法與CFC 相近，清洗后雜質(zhì)和離子殘余物低于CFC 水平，對(duì)表面絕緣電阻無不良影響。但HCFC 對(duì)大氣層有一定的破壞作用，HFC 有一定溫室效應(yīng)，只能作為過度階段的一種清洗劑。出現(xiàn)的非ODS 清洗劑主要包括水基清洗劑、烴類清洗劑、醇類清洗劑、酮類清洗劑、脂類清洗劑、醚類清洗劑等。見表3。

2.2 半水清洗技術(shù)

半水清洗是使用有機(jī)溶劑添加一些表面活性劑進(jìn)行預(yù)洗，去離子水漂洗的一種清洗技術(shù)。有機(jī)溶劑溶解污染物；表面活性劑提供潤(rùn)濕和乳化功能，防止析出再次附著；去離子水進(jìn)行沖洗。有時(shí)也添加酸性或堿性物質(zhì)，主要是為了增加溶解力和漂洗性能，以及防銹，有時(shí)也使用消泡劑和抗氧光亮化劑。

半水清洗劑分為松油系列、碳?xì)浠衔锵盗小⒍家颐严盗屑癗MP 甲基吡咯烷酮系列，一般為可燃溶劑，但閃點(diǎn)較高，毒性較低，使用上較安全。有些清洗劑中添加5%～20%純水和少量表面活性劑制成乳化劑，既降低可燃性，又可使漂洗更容易。半水清洗工藝流程一般先以有機(jī)溶劑預(yù)洗去污，再以有機(jī)溶劑和去離子水組成乳化液進(jìn)行精洗，最后用去離子水漂洗/ 精漂洗去除水溶性污染物，干燥后即可。

半水清洗特別適用清洗樹脂型助焊劑和油脂成分，比如焊膏和波峰焊助焊劑殘余，廣泛用于高質(zhì)量清洗作業(yè)中，如PCBA 助焊劑清洗，半導(dǎo)體封裝、硬盤相關(guān)零件及半導(dǎo)體設(shè)備部件清洗。表4 為半水清洗工藝主要特點(diǎn)。

表4 半水清洗工藝主要特點(diǎn)

2.3 水清洗技術(shù)

水清洗技術(shù)是以去離子水（阻值須>106Ω）作為清洗介質(zhì)，在水中添加有機(jī)溶劑、表面活性劑、皂化劑、熬合劑、緩蝕劑等形成一系列水基清洗劑，通過吸附、浸透可除去水溶性焊劑、離子性污染物和非極性污染物，同時(shí)還可去除顆粒及薄膜污染物，是今后清洗技術(shù)的發(fā)展方向。表5 為水清洗工藝主要特點(diǎn)。清洗用水主要為自來水系統(tǒng)，使用前要經(jīng)過滲透膜進(jìn)行提純，然后通過活性炭（GAC）、陰離子和陽離子槽進(jìn)行去離子處理。有機(jī)溶劑對(duì)材料的高溶解性和復(fù)合相變技術(shù)（CPT）可對(duì)部分部件進(jìn)行清洗，高溶解性主要是在單一相清洗劑中發(fā)揮作用，壽命較短，復(fù)合相變技術(shù)（CPT）多為兩相清洗劑，壽命更長(zhǎng)一些。表面活性劑的不同活性基團(tuán)，對(duì)需要溶解的物質(zhì)進(jìn)行特異性吸附，使其脫離清洗物件的表面，再利用表面活性劑上的親水基團(tuán)，使其融入水中。

表5 水清洗工藝主要特點(diǎn)

水基清洗劑包括堿性系列、中性系列和乳膠型系列。水清洗劑的pH 值影響產(chǎn)品可靠性，酸性溶液中Sn/Sn2+的氧化還原電位是-0.137 eV，堿性溶液中Sn/Sn2+的氧化還原電位是-0.909 eV。堿性系列主要利用皂化原理使松香及油脂等酸性物質(zhì)與堿反應(yīng)生成容易溶解的鹽類物質(zhì)，進(jìn)而溶解在水中去除污染物，清洗力度相對(duì)較強(qiáng)，主要清洗發(fā)泡管、焊接治具及設(shè)備污染部件、冷凝槽和PCBA。清洗劑中使用的皂化劑包括有機(jī)和無機(jī)兩種，且需含有適當(dāng)?shù)囊种苿?，否則會(huì)侵蝕金屬表面，造成焊點(diǎn)鈍化，且溫度越高，暴露于空氣中的時(shí)間越長(zhǎng)，侵蝕效果越顯著。有機(jī)皂化劑一般由堿性胺組成，VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物） 排放量較高，可能對(duì)焊點(diǎn)造成腐蝕，并發(fā)生氧化反應(yīng)降低清洗壽命。由于鹽本身并不會(huì)隨溫度的升高而揮發(fā)，因此無機(jī)皂化劑通過加入適量鹽的方式解決VOC 排放問題，但存在有加工溫度下的水溶性問題，即隨著溫度和濃度的升高溶解度降低，造成皂化劑中鹽的析出，形成堅(jiān)固的水垢。中性水基清洗劑的清洗力度相對(duì)溫和，對(duì)器件不會(huì)帶來損傷，但清洗效果較差，主要對(duì)未固化錫膏、紅膠鋼網(wǎng)、刮刀及點(diǎn)膠頭等器具進(jìn)行清洗。最新中性清洗劑比堿性清洗劑在清洗細(xì)小間距（0.25 mm）器件底部更加出色，且材料兼容性更好，可靠性更高。表6為水清洗后異?，F(xiàn)象及解決方法[1]。

表6 水清洗后異?，F(xiàn)象及解決方法

值得注意的是，半水清洗和水清洗工藝對(duì)水質(zhì)要求較高，須配置凈化水裝置進(jìn)行軟化及去離子處理，從而受到當(dāng)?shù)刈匀粭l件的限制；清洗后的水均需通過廢水處理裝備達(dá)到廢水排放要求；清洗后的產(chǎn)品均需進(jìn)行干燥處理，設(shè)備成本高，占地面積較大，能耗較大；廢棄半水清洗劑由于未加熱，還保留穩(wěn)定的化學(xué)成分，相對(duì)比較容易清洗，而水清洗一般要求對(duì)清洗劑和漂洗水加溫，發(fā)生熱變后不易清洗。

2.4 免清洗技術(shù)

免清洗技術(shù)目前應(yīng)用最為廣泛，在焊接過程中采用免清洗焊劑或焊膏，焊后直接進(jìn)入下道工序而不再清洗。值得注意的是，免清洗技術(shù)不等于不清洗，而是利用新的方法來達(dá)到以往需要清洗才能達(dá)到質(zhì)量要求的工藝技術(shù)。免清洗技術(shù)可采用兩種方法實(shí)現(xiàn)：一是采用低固含量助焊劑，固體成分控制在5%以下，一般在1.5%～3%的范圍，通常選用非松香、非樹脂型，溶劑主要是異丙醇、乙醇或甲醇，活性劑不含有鹵化物，殘?jiān)倩驘o殘?jiān)欢窃诙栊詺夥罩型瓿珊附?，可以減小助焊劑使用，達(dá)到免清洗效果。

但隨著電子產(chǎn)品組裝高密度化、小型化和無鉛化，增加了免清洗工藝復(fù)雜度，特別是低工作電壓情況下。高密度和小型化要求少量焊劑在焊接溫度下更可靠、避免氣化，這就需要更高含量的樹脂或松香；無鉛合金差的潤(rùn)濕性、流動(dòng)性及較高的溫度要求焊劑具有高耐氧化性、高氧阻能力、高熱穩(wěn)定性和低揮發(fā)性，從而減少空洞；無鹵化后較高水平的弱有機(jī)酸會(huì)提高離子濃度易形成電解電池，威脅可靠性。表7 為無鉛焊膏工藝對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，無鉛高溫導(dǎo)致焊劑聚合和更多錫鹽形成，尤其是水溶性焊劑技術(shù)中金屬鹽未能被包裹，需要用化學(xué)試劑來破壞聚合的助焊劑，清除焊點(diǎn)周圍的污染。

免清洗技術(shù)不再是支持最先進(jìn)技術(shù)的可行替代方案，又重新返回到清洗工藝來去除元件下所有可視和能捕獲的焊劑殘留物，并進(jìn)行三防涂覆。

表7 無鉛焊膏工藝變化對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

3 電子組裝中的清洗方式

清洗技術(shù)在生產(chǎn)應(yīng)用中可分為離線式和在線式，按處理能力分為連續(xù)式和批次式，按清洗原理分為人工清洗、浸泡清洗、噴淋清洗及超聲波清洗等。

3.1 人工清洗

人工采用酒精或異丙醇，通過無毛布/ 刷進(jìn)行清洗，清洗時(shí)間約10～15 min，效率較低、清洗效果差、許多污染會(huì)殘留在元器件底部，同時(shí)清洗過程中極易造成交叉污染，一般達(dá)不到較高的清潔度要求。

3.2 浸泡清洗

浸泡清洗是較早的一種清洗工藝，將欲清洗PCBA 浸泡在清洗劑中，使助焊劑殘留物溶解脫落從而達(dá)到清洗目的，目前仍是批次式清洗的主要環(huán)節(jié)。盡管浸泡式清洗十分有效，但受制于產(chǎn)品的大小，一個(gè)大而笨重的產(chǎn)品會(huì)需要多個(gè)清洗腔，且產(chǎn)品的升降也是個(gè)問題。清洗劑向PCBA 移動(dòng)較移動(dòng)PCBA 更為簡(jiǎn)單有效。浸泡式清洗的機(jī)械攪動(dòng)主要采用湍流噴射或超聲，且不斷有研究者對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)，如采用新型清洗劑、改變清洗槽中液體的流動(dòng)方式等。

浸泡清洗對(duì)設(shè)備要求不高，操作方便，但清洗效果差，時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，并且需要頻繁更換清洗劑，因此這種方法一般不單獨(dú)使用。

3.3 噴淋清洗

噴淋清洗是一種傳統(tǒng)清洗工藝，使用泵或其他高壓方法，將清洗劑噴射到PCBA 上從而使污染物被沖掉，是批次式、連續(xù)式清洗的重要一環(huán)。噴淋清洗沖刷力強(qiáng)，可以將PCBA 底部沖洗干凈，但是在沖刷過程中容易產(chǎn)生靜電，因此不適合耐壓低的電子元件。

3.4 超聲波清洗

超聲波清洗是一種新型清洗工藝，主要機(jī)理是空化效應(yīng)，高于20 kHz 的高頻超聲波通過換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩傳入清洗劑，使清洗劑流動(dòng)并產(chǎn)生數(shù)以萬計(jì)的微小氣泡。這些氣泡在超聲縱向傳播的負(fù)壓區(qū)形成并生長(zhǎng)，在正壓區(qū)迅速閉合熄滅，即稱為空化現(xiàn)象。氣泡閉合時(shí)形成約98 MPa 的瞬時(shí)高壓，不斷轟擊被清洗物表面，使污染物迅速剝落。

超聲波清洗效果與超聲波發(fā)生器輸出功率密度、輸出頻率及清洗溫度有關(guān)。輸出功率密度即發(fā)射功率/發(fā)射面積，通常在0.3～0.5 W/cm2，功率密度越高，空化效果越強(qiáng)，清洗效果越好，但對(duì)于精密部件容易產(chǎn)生空化腐蝕。輸出頻率低在液體中產(chǎn)生空化作用越容易，力度大、作用強(qiáng)，適合PCBA 預(yù)洗；輸出頻率高則方向性好，空化效果增強(qiáng)，氣泡數(shù)量增多，每個(gè)氣泡釋放的能量減小，從而也減小超聲波對(duì)PCBA 的損傷，適合PCBA 再次清洗；一些元器件不建議采用超聲清洗，比如晶振。

超聲波清洗溫度是影響清洗速度的重要因素，清洗溫度一般在40～60 ℃時(shí)空化效果最好。適當(dāng)提高清洗溫度可增加空化能力、縮短清洗時(shí)間，但超過一定溫度，由于蒸氣壓增加反而降低空化作用，因此必須保持一定的溫度。試驗(yàn)表明水溶性介質(zhì)一般在50 ℃±5 ℃效果最佳。另外，清洗液液面高于振子表面100 mm 以上為佳，如300 W、28 kHz 液面約高120 mm，600 W、28 kHz液面約高150 mm。另外，28 kHz 時(shí)使用孔隙10 mm以上的網(wǎng)框。

3.5 微相清洗技術(shù)

微相清洗技術(shù)（MPC）是一種新的清洗技術(shù)，采用含有獨(dú)特活躍因子的水基清洗劑，在受熱或被擾動(dòng)的情況下形成微相結(jié)構(gòu)，溫度可低至25 ℃。這種特殊的活躍相能夠從基板表面清除各種污染物，并作為載體將污染物轉(zhuǎn)移到水相環(huán)境中。此過程中污染物并沒有被溶解，只是被不斷過慮，污染物能夠被輕易清除且清洗劑的能力不斷再生，使其具有10 倍于傳統(tǒng)清洗劑的使用壽命。由于不含表面活性劑和固含量配方，這種技術(shù)不會(huì)在基材上有殘留物。

3.6 氣相清洗

氣相清洗是將欲清洗的PCBA 放入沸騰狀態(tài)的清洗劑中浸泡，然后送至氣相區(qū)氣洗、干燥，其機(jī)理是通過加熱把無機(jī)氣體激發(fā)到等離子態(tài)，氣相物質(zhì)就吸附在固體表面，被吸附的這些基團(tuán)與固體表面分子反應(yīng)生成產(chǎn)物分子，產(chǎn)物分子解析后形成了氣相，反應(yīng)殘余物也隨之脫離物件表面。氣相清洗主要應(yīng)用于集成電路、硅片及PCBA 的清洗，有時(shí)用來清洗焊劑殘余等，以提高鍵合引線和焊接可靠性。氣相清洗采用高能量、低氣壓氣體，如O2、Ar2、H2、CF4/SF6及其混合氣體，目的是增加平均自由程，提高等離子體轟擊待清洗物的概率。采用這種方法清洗的物件潔凈，且不需要再干燥，但是很難有效除去不溶或難溶性助焊劑殘留物。

3.7 等離子體清洗

等離子體是由離子、電子、自由激進(jìn)分子、光子以及中性粒子組成，正離子和電子的密度大致相等的電離氣體。等離子體清洗PCBA 主要依靠處于“等離子態(tài)”物質(zhì)的“活化作用”達(dá)到去除物體表面污漬的目的。清洗時(shí)在待洗物件與電極板間施加一個(gè)高頻高壓電場(chǎng)，在工作氣氛下（常為O2）電子被加速，轟擊產(chǎn)生氧離子，PCBA 上污垢被氧化為二氧化碳和水，在真空作用下被沖走[5]。

作為一種新型清洗技術(shù)，等離子體清洗具有很多優(yōu)點(diǎn)：無需任何清洗劑，可省去大量成本；不必考慮對(duì)PCBA 損傷；滲透能力強(qiáng)，可清洗復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如特殊元件及各種開孔，特別適用精密電子物件，被認(rèn)為是最為徹底的剝離式清洗。

3.8 超凝態(tài)過冷動(dòng)力學(xué)清洗

超凝態(tài)過冷動(dòng)力學(xué)清洗是一種新型工藝技術(shù)，主要用于納米級(jí)半導(dǎo)體清洗。清洗時(shí)將N2 和Ar2 按比例混合，進(jìn)入一熱交換器后，混合氣體冷卻并在低溫高壓下部分液化，熱交換器的溫度決定了氮?dú)寤旌蠚怏w的液化百分比。流經(jīng)熱交換器后，混合氣便成為氣液混合物，然后進(jìn)入清洗腔內(nèi)噴嘴，利用腔內(nèi)低壓將氣液混合物直接噴向晶圓表面?；旌衔镞M(jìn)入腔室后其中液體部分迅速膨脹并分裂為更細(xì)小顆粒，該過程為吸熱過程，腔內(nèi)溫度降低，小顆粒冷凝為固體晶體，沖擊速度非常高。晶圓表面污染物粒子被高速?zèng)_擊而脫離后，被層流氣體吹出清洗腔，而冷凝的固體晶體在排氣過程中升華為氣態(tài)然后排走[6]。

4 電子組裝中清洗效果的影響因素

4.1 清洗工藝影響因素

（1）清洗功。要清洗掉污染物，就必須要有足夠的表面能，即清洗功的比率，為液體的重力勢(shì)能和動(dòng)能。清洗功消耗的能量會(huì)產(chǎn)生充分力量而達(dá)到所需的洗滌率、漂洗率和干燥率。液流的產(chǎn)生來自于噴淋的撞擊壓力、重力和毛細(xì)作用。毛細(xì)作用力是清洗劑與被清洗零件接觸而產(chǎn)生的附著、聚合及表面張力等的合成力，即可能有利于清洗，也可能妨礙清洗。

（2）清洗劑酸堿度。不同助焊劑應(yīng)選用不同清洗劑及清洗工藝。首先要針對(duì)不同的污染物采用不同pH 值的清洗劑：堿性清洗劑主要用來去除油脂、油污和一般污染物；酸性清洗劑主要用來去除銹斑和氧化物使有色金屬發(fā)亮；污染物較少的時(shí)候則使用中性清洗劑和具有軟化性能的清洗劑[7]。為了保護(hù)焊點(diǎn)不被氧化，一般會(huì)在清洗劑中添加體積分?jǐn)?shù)在0.2%～0.5%范圍內(nèi)的光亮劑。光亮劑為堿性物質(zhì)，稀釋后清洗劑pH 值為9～10，光亮劑在清洗后焊點(diǎn)表面形成阻擋層，保護(hù)金屬焊點(diǎn)不被氧化。

（3）清洗劑溫度及濃度。溫度越高，清洗越容易，但過高會(huì)增加清洗劑的蒸發(fā)損耗，增加加工成本，而且容易使金屬氧化變色。焊接過程中助焊劑與SnO2反應(yīng)生成金屬鹽，清洗溫度升高后，金屬鹽水解成不能溶解的Sn (OH)2，從而呈現(xiàn)非金屬光澤。溫度較低，蒸發(fā)損失將大幅度降低，回收性能增強(qiáng)，可進(jìn)一步削減加工成本[7]。清洗溫度一般設(shè)定在40～50 ℃（≤60 ℃）或60～70 ℃（純水，≤80 ℃）。

清洗劑濃度的變化，明顯影響清洗質(zhì)量。清洗劑體積分?jǐn)?shù)一般介于5%～15%，低于5%時(shí)，有效成分減少，清洗質(zhì)量下降明顯，只能通過延長(zhǎng)清洗時(shí)間來保證質(zhì)量，高于10%時(shí)清洗效果好，質(zhì)量穩(wěn)定；推薦在8%～12%范圍，達(dá)成質(zhì)量和成本的平衡。但許多清洗劑采用低氣壓材料，其蒸發(fā)速率要低于水，因此操作成本主要還是取決于操作溫度。

4.2 加工工藝影響因素

焊后殘留物的多少不但取決于助焊劑本身，而且還取決于PCB 材質(zhì)、元器件引腳結(jié)構(gòu)、PCB布局設(shè)計(jì)、焊接設(shè)備性能、工藝參數(shù)及作業(yè)環(huán)境和人員素質(zhì)等綜合因素。

（1）元器件類型及排列。THT 產(chǎn)品元件底部和PCB 表面間隙相當(dāng)大，清洗時(shí)所需的機(jī)械能較??；SMT 產(chǎn)品高密度（元件間距<0.2 mm）細(xì)間距元件（QFP、QFN、LCCC、BGA、FC 和0201 及更?。┖蚉CB 表面間隙只有0.025～0.075 mm，從其下面去除助焊劑殘留物是極其困難的。清洗時(shí)需更多的機(jī)械能量迸出細(xì)小的清洗溶液微粒，使其能進(jìn)入元件底部進(jìn)行清洗，否則低托腳元件和大面陣列封裝下的殘留物會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)遷移、漏電流和腐蝕發(fā)生。

元件排列方面，元件引線伸出方向和軸方向應(yīng)該與清洗移動(dòng)方向垂直，傳送帶向下傾斜8～12°，清洗劑非直角噴射到PCBA 上。盡可能使元件分布均勻、不要出現(xiàn)局部元件過于密集現(xiàn)象，要使熱輻射、熱傳導(dǎo)、熱交換均勻順暢，使助焊劑能在理想的空間內(nèi)充分活化、分解、揮發(fā)，特別是雙面板更應(yīng)減少產(chǎn)生陰影效應(yīng)的排布方式。

（2）PCB 設(shè)計(jì)規(guī)范。PCB 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免在元件下面設(shè)置電鍍通孔、盲孔；PCB 厚度和寬度要相匹配，不易變形，否則要采用加強(qiáng)筋增加抗變形能力，以免影響清洗效果。此外，焊接掩膜黏性要好，經(jīng)幾次焊接工藝后無微裂紋或起皺。

（3） 助焊劑類型和使用。焊劑類型是影響PCBA 焊后清洗的主要因素。無鉛焊接較高的溫度和焊劑容量，引起更為嚴(yán)重的副作用和更多錫鹽的形成；水基助焊劑具有更高的焊接溫度要求，更難清洗；增加水溶性添加劑以保證有效去除所有焊劑殘余。

合理選擇、儲(chǔ)存和使用助焊劑，正確選擇助焊劑比重和涂敷工藝，比如發(fā)泡方式除要保證發(fā)泡絲網(wǎng)孔小于0.2 mm，還要嚴(yán)格控制泡沫與PCB傳動(dòng)方向及接觸厚度，否則會(huì)造成上板面焊劑淤積?？刂坪蔑L(fēng)刀氣壓和噴射角度，既能吹掉液滴又不會(huì)將焊劑吹到上板面。根據(jù)TGA 測(cè)試技術(shù)指標(biāo)來選擇殘留物盡可能少的免清洗助焊劑。

（4）焊接工藝和焊后停留時(shí)間?；亓骱附庸に囍校瑴囟惹€要合理。高溫時(shí)助焊劑中較輕的分子容易揮發(fā)，留在PCB 上的助焊劑殘留物多為分子量較大的樹脂，應(yīng)防止出現(xiàn)過熱導(dǎo)致焊劑變質(zhì)；焊后停留時(shí)間不能過長(zhǎng)，否則會(huì)使焊劑剩余物硬化，還可形成金屬鹵酸鹽等腐蝕物，一般應(yīng)在焊后1～2 h 內(nèi)進(jìn)行清洗。水基助焊劑殘留物通常要求回流后盡快清洗，放置的時(shí)間越長(zhǎng)，清洗起來越困難。清洗劑選擇時(shí)要考慮對(duì)殘留物的溶解性及不兼容性，這二個(gè)因素影響靜態(tài)清洗率。

波峰焊接工藝中，預(yù)熱溫度是助焊劑性能發(fā)揮作用的最重要環(huán)節(jié)，必須保證焊劑充分活化、分解、揮發(fā)。一般PCB 上板面溫度達(dá)85～110 ℃（插裝件）或100～140 ℃（SMD 元件）為最佳。過波峰時(shí)，平整波型和同步流速是均勻焊接和氧化物排放的保證。但由于各種原因帶來在波峰處“窩氣”現(xiàn)象，使局部焊劑不能正常揮發(fā)而形成明顯的殘留痕跡。

5 電子組裝中清洗工藝的設(shè)計(jì)

選擇清洗工藝時(shí)，首先考慮PCBA 上有無懼水元件（如電位器）來考慮有機(jī)溶劑清洗的選擇；其次考慮PCBA 上有無高頻敏感元件（如晶振）來決定是否使用超聲波來清洗；最后考慮PCBA 上有無懼熱元件（如電解電容）來選擇清洗溫度。

根據(jù)焊劑本身清洗特性，由易到難的次序一般為免清洗軟殘余→水溶性焊劑→免清洗硬殘余。要獲得良好清洗效果，一方面要選擇性能良好的清洗劑，另一方面要選擇合適的清洗方式。焊劑清洗一般使用中性PH 值的清洗劑，焊后清洗一般選用堿性清洗劑。表8 為不同殘余類型對(duì)應(yīng)的清洗工藝，表9 為不同清洗階段工藝參數(shù)。

6 清洗潔凈度檢測(cè)規(guī)范

污染物包括離子污染物和非離子污染物，離子污染主要來自于電鍍、回流焊接、波峰焊接及化學(xué)清潔等工藝過程，主要為助焊劑殘余、電離的表面活性劑、乙醇、氨基乙醇和人體汗?jié)n。通過離子污染檢測(cè)可以在后道工序監(jiān)測(cè)管控清洗質(zhì)量和效果，保證清洗后的PCBA 離子殘余量在一個(gè)合格的范圍內(nèi)。非離子污染主要包括松香、油類、油脂、手汗及硅膠等。

表8 根據(jù)不同殘余類型選擇清洗工藝

表9 不同清洗階段工藝參數(shù)設(shè)定

6.1 潔凈度檢測(cè)方法

電子工業(yè)中常見潔凈度檢測(cè)方法包括目測(cè)法（10～15 倍光學(xué)顯微鏡）、電導(dǎo)率法（溶劑提取物電阻系數(shù)測(cè)量法ROSE 或傳導(dǎo)率測(cè)定法SEC，電阻率＞2×106Ω 時(shí)為干凈）、表面絕緣電阻測(cè)量法（SIR）、離子色譜分析法（IC），紅外和紫外光譜分析法等，除目測(cè)法外其余都用于離子殘余物檢測(cè)。對(duì)于非離子污染物，最常用為FTIR（傅立葉變換紅外光譜法）、HPLC（高效液相色譜法）、螺旋式電子光譜法和UV/VIS 分光光度測(cè)定法。紅外光譜分析法是一種重要的工具，可以對(duì)殘留物進(jìn)行定性和定量分析，并指出其來源。表10 為主要紅外光譜階段的有機(jī)污染物分類鑒定。其次，SEM+EDX 分析法和俄歇電子分析法也適合于辨別PCB 上的污染物和殘留物，每一種都有其特定的優(yōu)勢(shì)。

6.2 潔凈度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

電子產(chǎn)品應(yīng)用范圍不同，對(duì)其潔凈度的要求也不同，主要檢測(cè)項(xiàng)目包括外觀、電遷移、PCBA殘留離子物總量、有機(jī)碳含量、殘余顆粒物總量、殘留分子量、表面絕緣電阻和干燥度。其中具體指標(biāo)主要取自離子殘余物含量、助焊劑殘留物量和表面絕緣電阻。離子污染必須滿足MIL-P-28809標(biāo)準(zhǔn)，表11 給出了染潔凈度要求規(guī)范，可供生產(chǎn)參考[9]。表12 給出了助焊劑殘余量要求規(guī)范。

表10 紅外光譜階段的有機(jī)污染物分類鑒定

表11 電子產(chǎn)品的潔凈度等級(jí)及潔凈度標(biāo)準(zhǔn)

表12 助焊劑殘留量潔凈度要求

7 結(jié) 論

隨著電子工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，無鉛化趨勢(shì)和高密度產(chǎn)品高可靠性要求的推廣，對(duì)清洗的要求將會(huì)不斷提高，尤其是在航天、航空用電子設(shè)備中，污染物殘余是直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的極為重要的一環(huán)，焊后需對(duì)電路組件進(jìn)行嚴(yán)格的清洗。電子組裝產(chǎn)品制造者應(yīng)當(dāng)根據(jù)產(chǎn)品類型和自身?xiàng)l件，合理選擇清洗工藝，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，保持不斷發(fā)展。

[1] 候一雪. 印制電路板組件焊后的水清洗工藝方法.2003中國(guó)電子制造技術(shù)論壇會(huì)論文集[C]. 深圳：中國(guó)電子學(xué)會(huì)生產(chǎn)技術(shù)學(xué)分會(huì)，2003. 240-244.

[2] 前野純一.使用半水基清洗劑的清洗技術(shù)[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2004，11(119)：55-58.

[3] 周東. 免清洗助焊劑與PCB 焊接殘留物表象分析.2002 北京國(guó)際SMT 技術(shù)交流會(huì)論文集[C]. 北京：北京電子學(xué)會(huì)表面安裝技術(shù)專業(yè)委員會(huì)，2002. 98-100.

[4] 何秀坤，丁麗.免清洗劑態(tài)助焊劑評(píng)價(jià)技術(shù)要點(diǎn).2002北京國(guó)際SMT 技術(shù)交流會(huì)論文集[C]. 北京：北京電子學(xué)會(huì)表面安裝技術(shù)專業(yè)委員會(huì)，2002. 95-97.

[5] 李俊嶺，余慧.等離子體在清洗中的應(yīng)用淺談.2003 中國(guó)電子制造技術(shù)論壇會(huì)論文集[C]. 深圳：中國(guó)電子學(xué)會(huì)生產(chǎn)技術(shù)學(xué)分會(huì)，2003. 249-253.

[6] 張曉紅，王銳廷.90～65nm 清洗技術(shù)[J]. 電子工業(yè)專用設(shè)備，2005，8(127)：13-15.

[7] 候瑞田. 水基清洗的四個(gè)基本因素[J]. 現(xiàn)代表面貼裝資訊，2004，8(4)：51-52.

[8] Dr. Andreas Muehlbauer, Dr. Helmut Schweigart and Stefan Strixner. 清洗低高度元器件底部的有效方式[J].中國(guó)電子商情SMT China，2005，7/8：54-57.

[9] 周德儉，吳兆華. 表面組裝工藝技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002.

[10] Beth A.Bivins，Alexia and A.Juan etc. 無鉛焊膏殘留物的焊后清洗. SMTAI 2000 國(guó)際表面貼裝技術(shù)學(xué)術(shù)論文集[C].上海：世界產(chǎn)品與技術(shù)雜志社，2001.6-12.

[11] 范祖佑，劉萬華. 漫談免清洗焊接技術(shù). 2002 北京國(guó)際SMT 技術(shù)交流會(huì)論文集[C]. 北京：北京電子學(xué)會(huì)表面安裝技術(shù)專業(yè)委員會(huì)，2002. 42-52.

[12] Harry Wack，Stefan Strixner. 在線清洗的真實(shí)成本[J].中國(guó)電子商情SMT China，2004，9/10：40-43.

[13] Mike Bixenman. 清洗[J]. 中國(guó)電子商情SMT China，2004，3/4：56-59.

[14] Dr.Andreas Muehlbauer，Dr.Helmut Schweigart and Stefan Strixner.清洗低高度元器件底部的有效方式[J].中國(guó)電子商情SMT China，2005，7/8：54-57.

[15] 曹繼漢，樊融融. 使用表面組裝技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 成都：四川省電子學(xué)會(huì)，陜西省電子學(xué)會(huì)，2002.

[16] 吳民，孫海林，陳興橋. 印制板半水清洗研究[J]. 電子工藝技術(shù)，2010，4(31)：209-211.

[17] 劉建國(guó). PCB 清洗工藝及半水清洗工藝的應(yīng)用[J]. 電子工藝技術(shù)，2011，7(32-4)：205-209.