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印制電路板組件綠色清洗技術研究
2010-08-26
陳正浩   本文在敘述污染物危害的基礎上,指出了對高可靠性電子產品實施綠色清洗的必要性和重要性,並在此基礎上通過對綠色清洗技術的兩次研究,提出了多品種、小批量印製電路板綠色清洗的方式及效果。

 

 

1概述

 


  綠色清洗技術與無鉛焊接技術並列為電子裝聯兩大基礎關鍵技術之一,統稱為電子裝聯綠色製造技術,是國家在電子裝聯領域內的重點攻關內容之一。

 


  清洗是PCB組裝中的重要工序之一,它對電子產品的質量和可靠性起至關重要的作用。

 


  對於高可靠電子產品,不論是通孔插裝還是表面組裝,無論採用哪一種工藝,在再流焊、波峰焊、浸焊或者手工焊後;也無論選用哪一種助焊劑,包括採用免清洗助焊劑後,必須對印製電路板組件進行嚴格的、一絲不苟的有效清洗,以除去助焊劑殘留物和各種污染物。

 


  大部分軍工企業長期以來局限於手工清洗,清洗劑一般用120#航空洗滌汽油、無水乙醇或異丙醇;這種既原始又落後的清洗方法給電子產品的可靠性增添了許多潛在的隱患。
 

 

.1 清洗目的


  有效而成功地消除助焊劑焊後的殘余污染物。

 


1.2 污染物的定義

 


  任何使電路、元器件或組件的化學、物理或電氣性能降低到不合格水平的表面沉澱物、雜質、夾渣以及被吸收的物質。

 


1.3 污染物的來源


  在PCB的裝配、元器件的組裝和表面貼裝過程中,由於操作、助焊劑的使用及焊接和生產環境等均會產生不同程度的污染物。

 


1.4 印製板組裝件污染物的來源


  包括元器件引線上的污染、裝聯操作中產生的污染、助焊劑的污染、焊接過程中的污染和工作環境的污染。

 


1.5 污染物的危害


  包括化學污染的危害、物理污染的危害、機械污染的危害和光學污染的危害。

 


  印製電路板在焊接和清洗過程中,涉及的化學材料很多,如:Sn-Pb焊料及各種微量金屬元素(鋁、鋅等),還有它們的氧化物,各種焊劑,如:松香基焊劑、水溶性焊劑等,焊膏中還有觸變劑、溶劑等,電路板的層壓材料、阻焊膜,空氣中的潮氣、氧氣。清洗中使用的各種溶劑(含氯、氟的有機溶劑、酒精溶劑、水溶劑等),這麼多化學材料,在焊接高溫下和清洗過程中會發生化學反應。
 

 

  以常用的松香基助焊劑為例:常用的松香基助焊劑是由松香樹脂組成,而松香樹脂的主要成分是松香酸,松  香酸的分子中有不飽和的雙鍵,因此,特別容易氧化。印製電路板在焊接受熱時,松香酸迅速氧化,形成過氧化物和酮化合物,這些化學成分與原來的樹脂比較更不容易溶於溶劑。這樣,在清洗了電路板後,在電路板表面就會有明顯的不規則的白斑分佈,而且電路板受熱較厲害的部分更加明顯。

 


  同時,松香基焊劑在焊接過程中會產生聚合反應,松香基焊劑的聚合反應常常是因為電路板過度受熱引起的。

 


  焊劑中的松香本身是不溶于水的,但焊劑在儲存和使用過程中,會吸收空氣中的潮氣,在用水清洗方式和含水酒精溶劑進行清洗時,同樣會與水結合,發生水解反應。

 


  當焊接印製電路板時,焊料表面和元器件的電極、引腳中的錫、鉛、銅或鐵等元素會與焊劑中的有機酸發生很複雜的化學反應,形成一系列複雜的化合物,其中以錫和鉛的松香酸脂和海松酸甲酯為多,它們通常也是不溶於任何或含氯、含氟的溶劑。

 


  焊劑中的鹵化物活性劑常用來提高焊劑的活性,但是,在焊接過程中,這些活性劑會和各種成分發生複雜的反應形成金屬的鹵酸鹽,通常是錫、鉛、銅的氯化物,如果不清洗電路板,固化的松香緊緊地把這些氯化物給包裹起來,使它們的活性難以發揮。

 


  在松香層被破壞後,就呈現出白色的斑塊,而且這些氯化物會進一步與空氣中的水分和二氧化碳發生反應,形成碳酸鹽。

 


  由於上述化學、物理、機械和光學的污染,造成對電路性能的危害,導致改變或終止電路的正常信號的功能,出現電路中斷、電阻增加、局部發熱氧化、甚至電路短路,當在較高溫度和濕度作用下,還會產生漏電流,介電常數及損耗係數的改變等不良現象,最終導致產品失效。

 


2 印製電路板組件裝焊後的潔淨度要求

 


2.1 潔淨度指標要求


  目前,印製電路板組件裝焊後的手工清洗的潔淨度高於30 ugNaCl/cm2。

 

 

 

圖1.印刷電路板組件潔淨度標識

 


2.2 印製電路板組件潔淨度標識


2.3 潔淨度檢測


2.3.1 殘余離子


  在清洗後的BGA組裝件上所包含的氯化鈉等價離子或可離子化的助焊劑殘留物不應大於1.56μg/cm2。
 

 

2.3.2 殘余松香:

 


2.3.2.1 採用儀器檢測:
 

 

1)一級電子產品:殘余松香總量應不大於200μg/cm2;


2)二級電子產品:殘余松香總量應不大於100μg/cm2;


3)三級電子產品:殘余松香總量應不大於40μg/cm2。


2..3.2.2 採用目視檢測:


1)一級電子產品:元器件四周允許有少量的殘余松香;
 

2)二級電子產品:元器件四周無明顯的殘余松香;
 

3)三級電子產品:元器件四周應無殘余松香。


2.3.2.3 表面絕緣電阻檢測


  按GB 4677.22-2002的方法進行檢測,清洗後印製板組裝件表面絕緣電阻應不小於100MΩ。

 
 

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