正文

摘 要:文章主要論述了手工清洗劑的分類；手工清洗劑的選擇應(yīng)考慮哪些特性；手工清洗工藝方法；幾種手工清洗劑的特性、材料兼容性及清洗后的效果。并給出了批量手工清洗方案和返工返修類手工清洗方案。批量手工清洗方案重點(diǎn)在必需進(jìn)行二次漂洗，返工返修類用噴霧罐噴淋并用無(wú)紡布擦拭干凈。

1印制電路板組裝件的殘留物及助焊劑的成份及分類

1.1印制電路板組裝件的殘留物主要來(lái)源

印制板組裝件（PCBA）污染物主要由離子（極性）、非離子（非極性）和細(xì)微的污物組成。

（1）離子殘留物主要由助焊劑活性劑、殘留電鍍鹽以及指紋殘留的鹽和操作污物等組成。離子狀態(tài)的殘留物增加水的導(dǎo)電性，可能引起電路中信號(hào)的變化，開(kāi)始電遷移，導(dǎo)致導(dǎo)體之間絕緣電阻降低，在濕熱狀態(tài)下還會(huì)腐蝕線路。

（2）非極性污染物主要為焊接后焊劑中殘留的非極性污染物，包括松香、樹(shù)脂、手汗中的油脂等。從電化學(xué)角度來(lái)看，這些非離子類的殘留物也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品失效（ECM故障），非離子殘留物才是真正的災(zāi)難，尤其是在更高的濕度環(huán)境時(shí)。

（3）物理顆粒污染物主要有灰塵、反應(yīng)產(chǎn)物（不溶物）、錫渣、焊料小球等雜質(zhì)。這些物質(zhì)容易違反最小電氣間隙的規(guī)定，并使保護(hù)涂層的附著能力降低。

組裝印制電路板污染物會(huì)造成印制電路板表面漏電、電化學(xué)腐蝕、電遷移（離子在電場(chǎng)作用下通過(guò)絕緣層向另一極遷移，而導(dǎo)致絕緣性能下降的現(xiàn)象。特別是高密度、細(xì)導(dǎo)線和小型化的印制電路板，最容易在高溫高濕及其腐蝕殘留物存在的情況下，在電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生樹(shù)枝狀遷移痕跡的現(xiàn)象），從而導(dǎo)致印制電路板性能改變、電子組件性能退化、失效。

1.2 助焊劑的成份及分類

助焊劑一般由活化劑、溶劑、表面活性劑和特殊成分組成。特殊成分包括緩蝕劑、防氧化劑、成膜劑等。松香系列焊劑根據(jù)有無(wú)添加劑和化學(xué)活性的強(qiáng)弱，被分為非活性化松香、弱活性化松香、活性化松香和超活性化松香4種，美國(guó)MIL標(biāo)準(zhǔn)中分別稱為R、RMA、RA、RSA?！禛JB 3243-98電子元器件表面安裝要求》中規(guī)定使用R、RMA型助焊劑。通常情況下，具體助焊劑的選擇決定了要使用特定的清洗溶劑。

2 溶劑型清洗劑的分類

手工清洗采用的都是溶劑型的清洗劑，溶劑類的清洗劑應(yīng)用濃度都為100%。所有的溶劑通過(guò)溶解污染物而起作用，即將其分解成更小的顆粒，通過(guò)刷洗或沖洗并將污染物帶入溶液中，使其遠(yuǎn)離被清潔的表面。大致分為有機(jī)烴類、醇類、氯代烴類、氟代烴類清洗劑。每種溶劑都有它的優(yōu)缺點(diǎn)，而選擇哪種清洗溶劑將主要取決于要被去除的雜質(zhì)的類型和電子組件的材料構(gòu)成。

(1) 有機(jī)烴類清洗劑（見(jiàn)表1所示）；

(2) 醇類清洗劑（見(jiàn)表2所示）；

(3) 氯代烴類清洗劑（見(jiàn)表3所示）；

(4) 氟代烴類清洗劑。

氟代烴類（HCFC）屬于ODS（臭氧耗損物質(zhì)）物質(zhì)對(duì)臭氧層有破壞作用，一般不推薦使用該類清洗劑。

表1 有機(jī)烴類清洗劑優(yōu)缺點(diǎn)

表2 醇類清洗劑優(yōu)缺點(diǎn)

表3 氯代烴類清洗劑優(yōu)缺點(diǎn)

3 選擇手工清洗溶劑從哪幾個(gè)方面考慮

目前，清洗劑的選擇是根據(jù)被清洗的污物、生產(chǎn)率、現(xiàn)成的清洗設(shè)備，與結(jié)構(gòu)材料的兼容性、成本，涉及環(huán)境的法律法規(guī)。不管選取溶劑類的清洗劑還是水基型的清洗劑都應(yīng)該關(guān)注清洗劑的安全數(shù)據(jù)表（SDS）的相關(guān)信息，正規(guī)公司生產(chǎn)的清洗劑都能提供相應(yīng)的SDS資料，主要成份、理化特性、危害及毒性等信息在安全數(shù)據(jù)表都有描述。

3.1 溶劑的易燃易爆性

溶劑型清洗劑在選擇時(shí)，要考慮易燃易爆性和溶劑閃點(diǎn)的高低及操作空間揮發(fā)濃度三者之間的關(guān)系，閃點(diǎn)低的溶劑易燃易爆。如果易燃溶劑是在防爆環(huán)境中使用，空氣流通良好，并且不存在火源，易燃型溶劑經(jīng)濟(jì)性比較好。如果工作場(chǎng)所不能使用易燃易爆型的，那么只能去選擇非易燃溶劑。

3.2 溶劑的揮發(fā)速度

揮發(fā)快的溶劑在清洗應(yīng)用中是非常有用的，對(duì)非密封器件也不容易造成溶劑殘留，適合于流水線作業(yè)和要求快速清洗的場(chǎng)合。揮發(fā)慢的溶劑只有在較高溫度才能揮發(fā)，需要增設(shè)獨(dú)立的干燥工序，而那些揮發(fā)慢的溶劑更適合于高溫浸泡清洗工藝。但同時(shí)，揮發(fā)性好的溶劑相應(yīng)VOC（可發(fā)揮性有機(jī)碳）值也比較高。

3.3 溶劑的表面張力

凡作用于液體表面,使液體表面積縮小的力，稱為液體表面張力。表面張力越低，材料濕潤(rùn)表面的能力就越強(qiáng)。當(dāng)表面張力很高時(shí)，液體會(huì)聚集在一起形成液滴。一般來(lái)說(shuō)，溶劑型清洗劑比水基型清洗劑的表面張力更低，能夠滲透到密閉的區(qū)域，去清除污染物見(jiàn)圖1。

圖1 表面張力大小的對(duì)比

3.4 溶劑型清洗劑的毒性及環(huán)境影響

對(duì)環(huán)境的影響需考慮以下幾個(gè)方面：臭氧消耗是含氯氟烴（CFC）（如氟利昂）和氫氯氟烴（HCFC），具有高全球變暖潛能（GWP）的溶劑；揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）影響操作工人的職業(yè)健康（致癌性）。

4 手工清洗的工藝方法

手工清洗方法有以下三種方式。

4.1 PCBA浸泡有機(jī)溶劑后用防靜電刷子刷洗法

這種方式是適合PCBA在還沒(méi)有做三防涂覆前焊點(diǎn)數(shù)量比較多的手工清洗（見(jiàn)圖2所示）。需要注意的是浸泡手工刷洗需要進(jìn)行二次漂洗工序，否則溶解后的污染物容易殘留在PCBA上。

這種清洗方式更適合傳統(tǒng)器件手工焊接后的清洗，對(duì)于有低引腳間距器件，底部焊盤器件（BGA、QFN等），采用手工刷洗很難清洗干凈底部殘留助焊劑。

4.2 擦拭焊點(diǎn)法

用無(wú)紡布或棉簽蘸酒精并扭干后擦凈焊點(diǎn)松香焊劑見(jiàn)圖3所示。這種清洗方式和4.3清洗方式適合返工返修類產(chǎn)品的清洗。

4.3 用帶延長(zhǎng)導(dǎo)管的噴霧罐進(jìn)行清洗法

這種方式的好處是清洗有一定的壓力，對(duì)于有低引腳間距器件，底部焊盤器件（BGA、QFN等）焊點(diǎn)的清洗比起前兩種清洗方法更有效見(jiàn)圖4。

5 幾種手工清洗劑的對(duì)比

5.1 幾種溶劑型清洗劑的特性

根據(jù)溶劑型清洗劑的分類，選取了以下幾種溶劑型清洗劑。幾種試驗(yàn)溶劑的應(yīng)用濃度都在100%，其特性見(jiàn)表4所示，特性數(shù)據(jù)依據(jù)的是生產(chǎn)商提供的SDC數(shù)據(jù)表。

5.2 幾種溶劑型清洗劑的材料兼容性

作為制定產(chǎn)品手工清洗方案，應(yīng)該根據(jù)本公司產(chǎn)品上的材料，先做清洗電子部件的材料兼容性試驗(yàn)。考慮的材料因素有電路板、表面處理、元器件、金屬合金、粘合劑的粘接強(qiáng)度、部件標(biāo)識(shí)、塑料、組裝時(shí)材料的組合和配置的影響。此次兼容性試驗(yàn)是根據(jù)目前PCBA組裝件上的材料進(jìn)行的大致分類和部分材料的試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5所示。

5.3 幾種溶劑型清洗劑的清洗試驗(yàn)

清洗的試驗(yàn)結(jié)果如表6所示，分別選取銦泰Sn63Pb37/-325+500/NC-SMQ92J焊膏（回流焊）及免清洗錫絲TLSW901-HB（手工焊）通過(guò)回流焊、手工焊兩種不同的方式焊接裝配成印制電路板組裝件。每種類型清洗劑按5塊相同試樣測(cè)試取平均值。清洗方法見(jiàn)表6，目測(cè)檢驗(yàn)和離子污染度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參照《GJB 5807-2006軍用印制板組裝件焊后清洗要求》。

6 結(jié)論

根據(jù)前面論述，目前沒(méi)有單一的一種溶劑或工藝方法可以適用于所有的清洗工藝應(yīng)用。也沒(méi)有一種溶劑既滿足高閃點(diǎn)，易揮發(fā)，低毒性，又滿足助焊劑的清洗能力強(qiáng)，符合環(huán)境要求，經(jīng)濟(jì)性好的溶劑清洗劑。所以在制定手工清洗工藝方案時(shí)要結(jié)合本企業(yè)實(shí)際情況，考慮電子組件上材料的兼容性、經(jīng)濟(jì)性、清洗效果、環(huán)保等要求，選擇相適應(yīng)的溶劑和清洗方法，重點(diǎn)是材料兼容性和清洗效果。綜上所述，提出以下具體的工藝方案。

表4 幾種溶劑型清洗劑的特性

備注：*反二氯乙烯的化學(xué)名稱為Trans-1，2-dichloroethylene，美國(guó)化學(xué)目錄數(shù)據(jù)庫(kù)編碼為205-860-2。

6.1 批量性的流水線上的組件手工清洗

批量性的流水線上的印制電路板組裝件（未做三防涂覆）的手工清洗，應(yīng)采用浸泡溶劑手工刷洗的清洗方式。

批量手工清洗方案重點(diǎn)是必需進(jìn)行二次漂洗，案例見(jiàn)表7所示。

表5 幾種溶劑型清洗劑的材料兼容性試驗(yàn)結(jié)果

表6 幾種溶劑型清洗劑的清洗試驗(yàn)結(jié)果

表7 批量手工清洗方案

6.2 返工、維修和修復(fù)過(guò)程中的手工清洗

返工、維修和修復(fù)過(guò)程中的手工清洗，PCBA已做三防涂覆。敷形涂覆的組件，用粘合劑固定的元器件，應(yīng)用到組件的標(biāo)記和標(biāo)簽等，這些都需要考慮。

對(duì)于電路板組件的返工、維修、修改的相關(guān)清洗操作中的細(xì)節(jié)變得越來(lái)越重要。大部分的電子組件到此制程階段，已經(jīng)達(dá)到了最高功能及最大價(jià)值。使用粗劣的方法和不當(dāng)?shù)墓に嚪椒安牧线M(jìn)行清洗，可能會(huì)導(dǎo)致報(bào)廢高價(jià)值的電子組件。返工返修類用噴霧罐噴淋的方式并用無(wú)紡布擦拭干凈，不能拿毛刷來(lái)回刷洗焊點(diǎn)，棉簽也不適合擦拭焊點(diǎn)。特別需要注意清洗溶劑對(duì)三防漆的兼容性問(wèn)題。返工、維修和修復(fù)清洗應(yīng)用工藝方法是用帶延長(zhǎng)導(dǎo)管的噴霧罐進(jìn)行噴淋，然后用浸泡過(guò)溶劑的干凈無(wú)紡布在清洗區(qū)域擦拭干凈，案例見(jiàn)表8。

表8 返工返修清洗案例

審核編輯：湯梓紅