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電子行業中的清洗技術
2010-08-26
電子行業中的大多數廠家都或多或少地使用或加工PCB,當在PCB上焊完組件後,需要對殘留在表面的助焊劑進行精密清洗。本文介紹了清洗原理以及電子行業中常用的幾種清洗技術,並展望了未來清洗技術的發展。

 

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  通常,在焊接了SMA後,其板面總是存在不同程度的助焊劑殘留物及其他類型的污染物,如殘留的高溫膠帶、手紋和飛塵等,即使使用固體含量低的免清洗助焊劑,仍會留下或多或少的殘留物。因此,清洗對保證電子產品的可靠性有極其重要的作用。

 


  早期使用的有通孔的電子組件,由於元器件本身是通過長引線與PCB焊接到一起,故元器件本體距PCB空間大,清洗時溶劑容易接觸到污染物。污染物主要來源於助焊劑中成分較單一的松香,焊接時高溫時間短(PCB上高溫為220℃的時間為6~8s)。而在採用SMT組件時,SMC/SMD與PCB幾乎緊緊貼在一起,清洗時溶劑不易浸透到焊接點;污染物主要來源於焊膏中包括松香在內的多種化學成分,其複雜程度遠遠高於普通助焊劑中的殘留物;焊接的高溫時間相對較長(200℃以上的時間為30~60s),增加了松香的聚合程度。因此,對SMA來說,清洗的難度大大增加。

 


1 清洗原理


1.1 污染物的種類


  1)極性污染物 極性污染物(或稱離子型污染物)是指在一定條件下可以電離的一類物質,如助焊劑、焊膏中的活性劑,包括鹵化物、酸及其鹽,它們是引起電遷移的主要原因。電遷移可在導體之間(如焊好的引腳之間)形成樹枝狀金屬物質,引起導體之間的絕緣電阻下降,甚至發生短路。電遷移可通過表面絕緣電阻(SIR)是否下降來判斷,SIR值越大(無電遷移),部件越清潔。另外,在潮濕環境下,具有酸性的極性污染物還會直接腐蝕銅引線、焊點及元器件,導致電氣失效。例如,焊料中的鉛(Pb)氧化後與助焊劑中的鹽酸(HCL)結合,形成氯化鉛(PbCL2)。如果在清洗過程中氯化鉛未被去除的話,它將與空氣中的水汽(H2O)和二氧化碳(CO2)反應,形成碳酸鉛(PbCO3),又重新生成鹽酸。如此反復循環,一直繼續到焊料中的鉛消耗完為止。其反應過程如下:


Pb +    O2 = PbO


PbO + 2HCL = PbCL2 + H2O


PbCL2 + H2O + CO2 =PbCO3 +2HCL


鹽酸還會腐蝕銅,形成氧化銅,即


CuO + 2HCL = CuCL2 + H2O


  2)非極性污染物 非極性污染物(或稱非離子型污染物)主要指助焊劑以及焊膏中殘留的有機物,最典型的是松香或樹脂的殘渣、波峰焊中的防氧化油、貼片機或插裝機的油脂或蠟、焊接過程中夾帶的膠帶殘留物以及操作人員的膚油等,這些污染物自身發粘,吸附灰塵。有時覆蓋在焊點之上的松香或樹脂殘渣還有礙測試,特別是非極性污染物在極性污染物的配合下,還會使污染加劇。這是因為松香成分中含有多種酸,如松香酸(abiebic acid)和海松酸(pimaric acid)。

 


  3)粒狀污染物 粒狀污染物通常是指在工作環境中留在PCB上的灰塵、棉絨、煙霧等塵埃,以及焊接時出現的焊球。它們也能降低電氣性能,對電子組裝產品造成危害。對於塵埃,可以採用機械方式,如噴吹或超聲波清洗來去除。

 


1.2 清洗原理


  同其他污染物一樣,SMA上污染物主要是依靠物理鍵結合與化學鍵結合而產生。所謂“物理鍵”結合,是指污染物與PCB表面之間以分子間力相結合。通常,物理鍵鍵能相對較低,一般在0.8×103~2.1×104J/mol之間。附在PCB上的松香、樹脂、殘膠等屬於物理鍵結合。所謂“化學鍵”結合,是指污染物與PCB表面之間產生化學反應、形成原子之間的結合,生成離子化合物或共價化合物,如松香酸與金屬形成的松香酸鹽等。化學鍵的鍵能較強,在(4.2~8.4)×105 J/mol之間。清洗的原理在於破壞污染物與PCB之間的物理鍵或化學鍵的結合力,從而達到分離污染物的目的。

 


  去除污染物時,除浮塵可以採用高壓氣體噴吹的方法,對於附力強、難以去除的污染物,普遍採用液態清洗方法,其原理是通過污染物和溶劑之間的溶解或化學反應來去除PCB上的污染物。採用溶解方式時,在選擇溶劑時要根據極性相似的原則,即非極性污染物用非極性溶劑清洗,極性污染物用極性溶劑進行清洗,因此,清洗劑往往用多種溶劑複合。也可以採用化學反應方法清洗,比較典型的是皂化反應,即採用表面活性劑和水一起與松香殘留物發生化學反應,生成可溶于水的脂肪酸鹽。

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