PCBA 线路板清洗专题 — 全攻略

合明科技专注精密电子清洗技术20多年，是SMT贴装/DIP封装，功率半导体器件及芯片封装精密清洗工艺技术方案、产品、清洗设备提供商。精密电子清洗除焊后助焊剂、锡膏、焊膏、球焊膏、焊锡膏、锡渣等残留物。水基系列产品，精细化对应涵盖从半导体封测到PCBA组件终端，包括有水基和半水基清洗剂，碱性和中性的水基清洗剂等。具体表现在，在同等的清洗力的情况下，合明科技的兼容性较佳. 先进封装包括倒装芯片、WLCSP晶圆级芯片封装、3D IC集成电路封装、SiP系统级封装、细间距封装等等。

一、  PCBA线路板清洗的目的与必要性

关键词导读： PCBA线路板、 PCB、免洗助焊剂、水基清洗、电子元器件、SMT波峰焊、回流焊

1、PCBA外观及电性能要求

PCBA线路板上的污染物影响着PCBA印制电路板的外观。如果在高温潮湿的环境中放置或者使用，有可能会出现残留物吸湿发白现象。由于在组件中大量使用无引线芯片、微型 BGA、芯片级封装 (CSP)和 0201元器件，元器件和线路板之间的距离不断缩小，板的尺寸变小，组装密度越来越大。事实上，如果卤化物藏在元器件下面或者元器件下面根本清洗不到的地方，进行局部清洗可能造成因卤化物释放而带来的灾难性后果。这还会引起枝晶生长，结果可能引起短路。离子污染物如果清洗不当会造成很多问题：较低的表面电阻，腐蚀，导电的表面残留物在线路板表面会形成树枝状分布（树突），造成电路局部短路。如下图

对于军事电子装置使用可靠性而言，一个重大威胁是锡须和金属互化物。这个问题一直都存在。锡须和金属互化物z后会引起短路。在潮湿的环境和有电的情况下，如果组装上的离子污染过多，可能会造成问题。例如由于电解锡须的生长，导致的腐蚀，或者绝缘电阻降低，会引起线路板上的走线短路，如下图：

非离子污染物清洗不当，也同样会造成一系列问题。可能造成线路板淹膜附着不好，接插件的接触不良，对移动部件和插头的物力干涉和敷形涂层附着不良，同时非离子污染物还可能包囊离子污染物在其中，并可能将另外一些残渣和其他有害物质包囊并带进来。这些都是不容忽视的问题。

2、PCBA线路板的三防漆涂覆需要

要使得三防漆涂覆可靠，必须使得 PCBA线路板的表面清洁度符合 IPC-A-610E-2010三级标准要求。在进行表面涂覆之前，没有清洗掉的树脂残留物会导致保护层分层，或者保护层出现裂纹；活性剂残留物可能会引起涂层下面出现电化学迁移，导致涂层破裂进而保护失效。经过有关实验研究表明，通过清洗可以增加 50%涂覆粘接率。

3、PCBA线路板即使是免清洗也需要清洗

按照现行标准，免清洗一词的意思是说线路板上的残留物从化学的角度上看是安全的，不会对 PCBA线路板产生任何影响，可以留在线路板上。检测腐蚀、表面绝缘电阻（ STR）、电迁移还有其他专门的检测手段主要是用来确定卤素 /卤化物含量，进而确定免清洗的组装件在完成组装后的安全性。不过，即使是使用固含量低的免洗助焊剂，仍会有或多或少残留物。对于可靠性要求高的产品来讲，在线路板上是不允许存在任何残留物或者其他污染物的。对于军事等应用来说，即使是免洗电子组装件都规定必须清洗。

4、摘抄自“ IPC-CH-65B CN”《清洗指导》关于“PCBA线路板免洗与清洗”的说明

低固量助焊剂 /焊膏（有时称之为“免洗”）出现的驱使下，有一个普遍的误解，即清洗已成为过去的问题。现实情况是清洗的全面性需求并没有减少。清洗需求已经转变或者保持过去原有的并且加入了已开发的新需求。更具体而言，免清洗过程并非意味着清洗是不必要的，清洗在免洗制程中扮演着成功实施的关键作用。低残留（“可接受的污垢”）组件已将清洗从组件阶段转向裸板制造和元器件制造阶段。今日的电子电路为了满足可靠性要求往往需要清洗。实际上，免洗方法往往是不可行的选择。

 

二、 PCBA线路板清洗问题解答（专题）

 

1、一组件封装工艺后残留在 PCBA 线路板上的污染物影响分析

清晰理解独特部件的考虑和限制后，在可制造性设计的下一步则考虑组装（通常是焊接）工艺后，残留在线路板上的污染物的影响。为了更好的理解污染物的风险，设计人员须考虑助焊剂残留物的成分、物理特性、数量、清洗材料去除焊接残留物的能力。焊接材料的相互作用，即助焊剂与相关于组件的热加工工艺及热加工工艺和清洗工艺之间的保留时间对组件的清洁度会有所影响。后续的处理步骤也可能影响产品的清洁度。

助焊剂同时还要执行以下一些重要的功能：

1.       去除表面氧化物

2.       防止再氧化 - 保持产生的表面无氧化

3.       促进产生合金化和机械坚固的接合点

4.       降低表面张力以消除桥连和短路

5.       助焊剂也促进了金属焊接工艺中的热稳定性

6.       助焊剂与金属 / 金属氧化物 / 电解质溶液界面通过酸碱及氧化还原反应而发生作用。由于元器件焊接特征的降低，更高的活化剂活性和热稳定性变得至关重要。另外一个影响电子工业的因素是切换到低固含量焊料。 2 高锡合金表现不佳的润湿性能和较高的熔点，需要具有高活性活化剂与增加热稳定性的助焊剂成分，从而增加了助焊剂残留物的程度

7.       关于导体间距，元器件的尺寸和节距可能会增加电迁移和腐蚀的风险。 8 由于转变为无铅焊接，对金属间间距的可制造性设计指南变得更加敏感。较小的焊点比大接合点更快被腐蚀殆尽。 9 由于粒径的减小增大了锡粉的暴露面积使得良好的焊料锡粉氧化作用加大。由于无铅焊料比锡铅焊料更容易氧化，从锡铅焊料改变为无铅焊料更进一步恶化了该问题。 9 问题由带有较高程度的离子助焊剂残留物的线路板所产生，这增加了电化学反应、金属迁移，和表面电阻降低的风险，从而创造了焊后清洗的需要。 8 更多信息请参考 IPC-5702

8.       焊膏、助焊剂、波峰焊助焊剂影响焊接工艺后残留物去除的程度和难度。助焊剂残留物的不同清洗速率是与助焊剂的组成、再流后时间、再流温度有关。所有线路板设计都必须考虑这些再流焊因素及参数的重要性。溶剂包含不同类型的分子间相互作用：氢键、离子偶极和偶极间吸引。随着助焊剂残留物改变，清洗速率也有所不同。对于所有清洗活动，清洗剂和清洗系统 - 包括时间、温度和力度都会影响清洗效果

 

三、低残留（免清洗）助焊剂技术，是否意味着 PCBA线路板组装后不需要清洗？

①：范围

随着电子设备性能要求的增加，需要设计小的导线间距，以及小型化、高性能设备需要的更加快速的电路。由于相邻体间的间距减少，使得污染及其影响变得更加问题化。

②：背景

随着元器件的微型化、更细间距和导线间的电磁引力，电子组装的可靠性越来越引起关注。和污染有关的工艺过程和服务增大了元器件失效的潜在可能。腐蚀问题缩短了产品的寿命，同时由于造成导线间离子迁移、元器件引脚间漏电流、电阻耦合和 / 或者电化学电池的形成等因素也导致了产品功能性降低。

在生产成本压力的驱动下以及考虑到带细间距和低型面高度的高密度组装之清洗难度，许多电子产品都使用了低残留（免清洗）助焊剂技术。根据应用的不同，再流后助焊剂残留量变化的：

标准残留：＞ 40% 。

低残留： 10% ＜低残留≤ 40%

超低残留： 2% ＜残留量≤ 10%

零残留： 0 ≤残留量≤ 2%

尤其在遇到更小的引脚节距和导线间距时，免清洗工艺对 PCB 可靠性的长期影响是一个持续备受关注的目标。随着无铅化技术的导入，进一步引入了可靠性风险，因为这些包括银在内的典型合金比锡铅共金需要更高的熔融温度。

组件贴装和结构的高密度化、（低间隙组件下面会伴有很多助焊剂残留）及元器件的微型化组装 使得达到适当的清洁等级已经变得越来越难。组装者必须更好地了解组装后残留的长期影响。由于不够充分的清洗，较小导线间距产生大的电磁场从而导致器件失效。当前行业对清洁度技术规范对下一代电子组装或许是不充分的。

 

四、 PCBA线路板为什么要清洗免洗助焊剂？

如果你检查当今的助焊剂和焊膏市场，你将会看到产品名称中包含像“可清洁免洗”、“水洗免洗”或者“水溶免洗”的短语。这些短语在措辞上似乎是矛盾或者有冲突的，导致了行业上非常大的混淆。如果它们看了助焊剂分级的标准 J-STD-004 ，就没有一个会标识免洗。在行业中一个被问的z多的问题就是：“为什么要清洗免洗助焊剂”？

要更好的理解助焊剂和助焊剂术语，一个简短的对助焊剂和助焊剂历史在电子行业的回顾或许是让大家受益的。助焊剂总的来说是由载体、稀释剂、活化剂和一些微量材料组成，其设计是为了优化使用和减少焊接缺陷。

在现在电子行业早期，大多数助焊剂都使用松香（来自松树叶或者树桩）作为载体， 20 丙烷（异丙醇或者 IPA ）作为稀释剂，盐酸或者溴化物作为活性剂。微量成分包括发泡药剂和表面活性剂以减少锡桥和其他缺陷。为了得到更好的焊接效果，载体带着活性剂和相关的材料在产品预热和焊接区域时发生作用。预热期间，活性剂是被设计用于去除表面氧化物，加强焊接质量的胺的挥发物和有机酸的分解物。焊膏的有机部分配方很相似，除了它们不得不有些低的活性力以阻止在储存期间焊膏的部分锡粉被腐蚀。这样的配方也必须含有流变学控制药剂。当施加一个剪切力，这些药剂允许焊膏粘度下降。这样的药剂阻止了坍塌和其他焊接缺陷。那个时期的助焊剂有 35% 的松香固体含量。任何活性残留不得不在波峰焊和再流焊组装后被清洁，否则将导致严重的腐蚀。

在上世纪 80 年代晚期，蒙特利尔协议颁布，强制消除消耗臭氧层物质（ ODCs ）。它是松香基助焊剂的主要清洁材料。这就戏剧性地打开了可供选择的助焊剂市场，例如水溶性助焊剂、低残留助焊剂、合成助焊剂被投放到市场。许多制造商选择了调查新材料和新制造方法来作为高固体含量松香助焊剂和 ODC 清洗可替代的选择。其中的一个途径就是利用低残留助焊剂和不需清洁组装的产品。这些低残留的助焊剂是为了在焊接工艺之后有稳定和良好的残留而设计的，与先前使用的助焊剂形成明显的对照。在这种情况下，制造商选择使用低残留助焊剂在免清洗组装工艺中。

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