印制電路板的清洗技術(shù)

1、印制電路板的清洗技術(shù)清洗印制電路板的傳統(tǒng)方法是川有機(jī)溶劑清洗，由cfc-113與少量乙醇（或異丙醇）組成的混合有機(jī)溶劑対松香助焊劑的 殘留物有很好的清洗能力，但由于cfc-u3對大氣臭氧層有破壞作用，目前已被禁止使用，目前可選用的非ods清洗工藝 包括水基清洗、半水基清洗、溶劑清洗，另外也可以采用不進(jìn)行清洗的免清洗工藝。到底選用哪種工藝，應(yīng)根據(jù)電子產(chǎn)品和 重要性、對清洗質(zhì)量的要求和工廠的實際情況來決定。1水基清洗1.1水基清洗工藝水基清洗工藝是以水為清洗介質(zhì)的，為了提高清洗效果對在水中添加少量的表面活性劑、洗滌助劑、緩蝕劑等化學(xué)物質(zhì) （一般含量在2%-10%）。并可針對印制電路板上不同性質(zhì)污染

2、的具體情況，在水基清洗劑中添加劑，使其清洗的適用范圍 更寬。水基淸洗劑對水溶性污垢有很好的溶解作用，再配合加熱、刷洗、噴淋噴射、超聲波清洗等物理清洗手段，能取得更 好的清洗效果。在水基清洗劑中加入表面活性劑可使水的表面張力大大降低，使水基清洗劑的滲透、鋪展能力加強(qiáng)，能更好 的深入到緊密排列的電子元器件之間的縫隙之中，將滲入到印制電路板基板內(nèi)部的污垢清洗除。利用水的溶解作用與表血活 性劑的乳化分散作用也可以將合成活性類助焊劑的殘留物很好在清除，不僅可以把各種水溶性的污垢溶解去除，而且能將合 成樹脂、脂肪等非可溶性污垢去除。對于使用松香基助焊劑或水基清洗劑屮加入適當(dāng)?shù)脑砘瘎?，皂化劑（saponif

3、ier）是在 清洗印刷電路板時用來與松香屮的松香酸、油脂屮的脂肪酸等有機(jī)酸發(fā)生皂化反應(yīng)，生成可溶于水的脂肪酸鹽（肥皂）的化 學(xué)物質(zhì)。這是許多用于清洗印刷電路板上的助焊劑、油脂的清洗劑中常見的成分。皂化劑通常是顯堿性的無機(jī)物如氫氧化鈉、 氫氧化鉀等強(qiáng)堿，也可能是顯堿性的有機(jī)物如單乙醇胺等。在商用皂化劑中一般還含有有機(jī)溶劑和表面活性劑成分，以清洗 去除不能發(fā)生皂化反應(yīng)的殘留物。由于皂化劑可能対卬刷電路板上的鋁、鋅等金屬產(chǎn)生腐蝕，特別是在清洗溫度比較高、清 洗時間比較長時很容易使腐蝕加劇。所以在配方中應(yīng)添加緩蝕劑。但應(yīng)注意有對于堿性物質(zhì)敏感的元器件的卬制電路板不宜 使用含皂化劑的水基清洗劑清洗。在水

4、基清洗的工藝中如果配合使用超聲波清洗，利用超聲波在清洗液中傳播過程中產(chǎn)生大量調(diào)微小空氣泡的“空穴效應(yīng)” 則可以有效的把不溶性污垢從電子結(jié)路板上剝除?？紤]到印刷電路板、電子元器件與超聲波的相溶性要求，印刷電路板清洗 時使用的超聲波頻率一般在40khz左右。水基清洗工藝流程包括清洗、漂洗、干燥三個工序。首先用濃度為2%-10%的水基清洗劑配合加熱、刷洗、噴淋噴射、 超聲波清洗等物理清洗手段對印刷電路板進(jìn)行批量清洗然后再用純水或離子水（di水）進(jìn)行2-3次漂洗，最后進(jìn)行熱風(fēng)干燥。 水基清洗需要使用純水進(jìn)行漂洗是造成水基清洗成本很高的原因。雖然高質(zhì)量的水質(zhì)是清洗質(zhì)量的可靠保證，但在一些情況 下先使用成

5、本較低的電導(dǎo)率在5um-cm的去離子水進(jìn)行漂洗，最后再使用電導(dǎo)率在18um -cm的高純度去離子進(jìn)行一次漂洗也 可以取得很好的清洗效果。典型的水清洗工藝如圖1所示。一個典型的工藝過程為：在55°c的溫度下用水基清洗劑對電子線 路板進(jìn)行批量清洗，并配合強(qiáng)力噴射清洗5min,然后用55°c的去離子水漂洗15min,最后在60°c溫度下熱風(fēng)吹干20mino為 了提高水資源的利用率，在清洗工序使用的自來水或在漂洗槽使用過的去離子水，據(jù)文獻(xiàn)介紹在預(yù)清洗中使用自來水（含有 較多離子的硬水），不僅可以大大降低生產(chǎn)成本，而且它的除污能力一點也不比軟水或去離子水差。圖1典型的水基清

6、洗工藝流程2半水基清洗2. 1半水基清洗劑在半水基清洗劑的組分中一般都有有機(jī)溶劑和表而活性劑，如最早使用在印制電路板清洗的ec-7半水基清洗劑就是由話 烯類碳?xì)淙軇┡c表面活性劑組成的。在大多數(shù)半水基清洗劑的配方中還含有水，但由于水的含量水多（僅占5%-20%）,所 以從外觀看半水基溶劑與溶劑清洗劑一樣都是透明、均勻的溶液。與一般溶劑清洗劑不同的是半水基清洗劑使川的有機(jī)溶劑 的沸點比較高，所以揮發(fā)性低不必像溶劑清洗劑那樣在封閉環(huán)境下進(jìn)行清洗，而r在清洗過程中不須經(jīng)常更換清洗劑只須適 當(dāng)補(bǔ)充清洗劑量即可。配制清洗印制電路板用半水基清洗劑用的有機(jī)溶劑主要有菇烯類和石油類碳?xì)淙軇?、乙二醇讎、n-甲 基

7、毗咯烷西酮等，選擇溶劑類型時應(yīng)根據(jù)印制電路板、電子元器件等原材料的污染情況以及焊接時使用的助焊時類型等具體 情況老虎。2. 2半水基清洗工藝流程也是包括清洗、漂洗、干燥三個工序，清洗工序往往配合使用超聲波清洗以提高清洗效果減少清洗時間，市于使用超聲波 會提高清洗劑溫度，所以需要注意嚴(yán)格控制好清洗溫度，不得超過淸洗液的閃點（一般清洗溫度控制在70°c以下）。在清洗 和漂洗工序之間加有一個乳化回收池，而半水基清洗液中含有的有機(jī)溶劑濃度很高，在清洗后仍會有較多的清洗液沾在印制 電路板表面，如果清洗后的印制電路板直接放到水漂洗液中，沾在印制電路板表面上的有機(jī)溶劑就會將漂洗水污染，大大增 加后

8、面水處理工序的負(fù)荷，而在清洗和漂洗工序之間增加一個盛有乳化劑水溶劑的乳化回收裝置，就可以把沾在印制電路板 表面上的有機(jī)溶劑通過乳化分散的方式從印制電路板表面剝除，并可在這個乳化回收裝置中利用過濾器和油水分離裝置，把 有機(jī)溶劑和污垢沉淀分離并回收，由于進(jìn)入漂洗槽的印制電路板表面上的有機(jī)溶劑已很少，所以既減少了漂洗工序負(fù)荷，又 減少了廢水處理的負(fù)荷。再用去離子水漂洗2-3次即可把污垢去除干凈。由于半水基清洗是用水做漂洗劑，所以存在與水基 清洗相同的干燥難問題，需要采用類似的多種措施提高烘干速度。2. 3半水基清洗工藝的優(yōu)缺點半水基清洗工藝的優(yōu)點是：對各種焊接工藝有適應(yīng)性強(qiáng)，所以使用半水清洗工藝不必

9、改變原有的焊接工藝；它的清洗能力 比較強(qiáng)，能同時去除水溶性污垢和油污；與大多數(shù)金屬和塑料材料相容性好，與溶劑清洗劑相比不易揮發(fā)使用過程中蒸發(fā)損 失小缺點是：存在與水基清洗-樣的需要使用純水漂洗、干燥難、廢水處理量大的問題。半水基清洗工藝需要占用較大的場 地和空間，設(shè)備一次性投資較大特別是在線清洗機(jī)。由于半水基清洗劑含有較多的有機(jī)溶劑，所以要增加對有毒溶劑的防護(hù)、 防火防爆等安全措施。而且半水基清洗劑不能像溶劑清洗劑那樣通過蒸飽冋收再利用，所以成本較高。見圖2圖2典型的半水基清洗工藝流程式3溶劑清洗工藝3. 1清洗印制電路板使用的有機(jī)溶劑使用有機(jī)溶劑清洗印制電路板是利用其対污垢的溶解作用，在淘汰

10、cfc-113、tca等ods清洗劑后，目前使用溶劑清 洗劑主要是hcfc、hfc、hfe等氛系溶劑，另外也可用碳盤溶劑、醇類溶劑等。為了提高氟系溶劑的清洗效果在其中還加入碳 盤洛劑、醇類溶劑等形成混合溶劑，有些混合洛劑還是具有恒沸點的共沸混合物（如用hcfc-141b-141b與甲醇、hcfc-225 與乙醇配成的共沸混合物溶劑清洗劑）。市于這些氟系溶劑還具有不可燃的優(yōu)點，而ii性能與cfc-113很相近，所以清洗工藝 及清洗設(shè)備基本不需要改變或只需略加調(diào)整即可。3. 2溶劑清洗的優(yōu)缺點溶劑清洗工藝相對比較簡單，只需用同一種溶劑清洗劑進(jìn)行清洗和漂洗，由于溶劑清洗劑的揮發(fā)性大都很好，所以 不需

11、要專門的干燥工藝。溶劑在使用后可以通過蒸憾與污垢分離并循環(huán)使用，不僅使成本降低，廢液處理也相對簡單。原使 jij cfc-113清洗的清洗設(shè)備不弼大的改造即可使川；溶劑清洗特別適合對水敏感、元器件密封性差的卬制電路板的清洗。各 種替代溶劑清洗劑存在的缺點在前而已介紹不再重復(fù)。3. 3典型的溶劑清洗流程典型的溶劑清洗流程包括以下幾種：超聲波加浸泡清洗一一噴淋清洗一一氣相漂洗和干燥溶劑加熱浸泡清洗一一冷漂洗一一噴淋清洗一一氣相漂洗和t燥 氣相清洗一一超聲波加浸泡清洗一一冷漂洗一一氣相漂洗和干燥 氣相清洗一一噴淋清洗一一氣相漂洗和干燥見圖3溢流冷凝回收圖3典型的溶劑清洗工藝流程4免清洗工藝4. 1什

12、么是免清洗工藝免清洗工藝是指通過對印制電路板和電子元器件等原材料的質(zhì)量控制、工藝控制，替代工藝具有改造成本代、生產(chǎn)運(yùn)行 成本低、對環(huán)境友好等特點。對于自動程度較高、生產(chǎn)規(guī)模較大、焊后產(chǎn)品可靠性能指標(biāo)要求不太高的企業(yè)最適合改用免清 洗工藝。而且改用免清洗工藝節(jié)省了清洗設(shè)備、清洗劑等費(fèi)用，可使運(yùn)行費(fèi)用大大降低。4. 2采用免清洗工藝應(yīng)解決的關(guān)健問題在選擇免清洗工藝時應(yīng)充分考慮到以下三個關(guān)健要素：對使用的助焊劑/焊膏的選擇的評價；對生產(chǎn)工藝的調(diào)不整和控 制；對原材料的質(zhì)量控制。4. 2. 1對使用的助焊劑/焊膏的選擇和評價選擇和評價助焊劑量/焊膏是開發(fā)和實施免清洗工藝要解決的首要工作，一定要確保在焊

13、后助焊劑/焊膏的殘留物不會影 響電子產(chǎn)品的可靠性能指標(biāo)。實踐已經(jīng)證明低固含量的弱有機(jī)酸助焊劑和中低活性低殘留暈的松香助焊劑能滿足電子產(chǎn)品的 可靠性性能指標(biāo)的要求。一般電子產(chǎn)品的印制電路板都可以選用活性低殘留物量的rma型松香助焊劑，這類助焊劑對焊接環(huán) 境沒有特別的要求，但注意有是它的焊后殘留物仍然較多，所以不適合對使用三防涂層處理或表面封裝的電路板使用。需要 做三防層處理或其他表面防護(hù)處理的電路板應(yīng)使用低固含量的弱有機(jī)酸型助焊劑，因為這種類型的助焊劑焊后的殘留物較少, 對表面涂層和電路板間的附著力影響最小。但大部份這類助焊劑對電路板和元器件的預(yù)熱過程中的防氧化作用較差，所以在 使用這類助焊劑時

14、焊接工藝應(yīng)在氮氣保護(hù)下進(jìn)行。采収氮氣保護(hù)措施不僅能防止電路板和元器件在預(yù)熱過程中的氧化，而且 還可以改善焊接的潤濕性能，減少焊球的形成、提高焊接質(zhì)量。4. 2. 2對生產(chǎn)工藝的調(diào)不整和控制由于使用了免清洗助焊劑/焊膏，焊接工藝和工藝參數(shù)將不可避免地發(fā)生變化，包括增加使用氮氣作保護(hù)氣體、調(diào)整 溫度變化曲線、改變助焊劑涂溥方式（改用噴霧式涂溥）、加強(qiáng)對助焊劑和鉛錫焊料成分的監(jiān)測、改變電子元器件的安裝方式、 印刷電路板的傳送、安裝方式等。如在電子元器件和印刷電路板的傳送、安裝方式上改用機(jī)械化自動傳送和安裝代替手工操 作，從而避免了手汗、指紋對印制電路板可靠性的不良影響。能過對波峰焊機(jī)和回流焊機(jī)中溫度

15、曲線的調(diào)整，使助焊劑的活 性在焊接之前恰好達(dá)到最佳狀態(tài)，從而提高燭接質(zhì)量。另外前血已介紹對于可靠性要求較高的印制電路板，在使用低固含量 的弱有機(jī)酸型助焊劑吋，還應(yīng)在焊接時采用氮氣保護(hù)。采用噴霧式涂溥助焊劑并對助焊劑的涂溥量進(jìn)行嚴(yán)格控制，在保證焊 接質(zhì)量的前提下盡可能降低助焊劑涂溥量，可使焊后的助焊劑殘留量保持最低水平。對于焊接可靠性要求比較高的印制電路 板，工藝參數(shù)的控制必須更加嚴(yán)格，如生產(chǎn)前必須測定波峰焊機(jī)和回流焊機(jī)中的溫度曲線，使z符合工藝要求，對鉛錫焊料 的化學(xué)成分必須至少分析一次，如發(fā)現(xiàn)不合要求必須立即更換。在助焊劑采用發(fā)泡涂溥時要對助焊劑進(jìn)行實時監(jiān)控。在完成 免清洗工藝焊接后，進(jìn)行補(bǔ)

16、焊和修復(fù)時一定要使用免清洗的焊絲。只有采取有效的生產(chǎn)工藝才能保證使用免清洗助焊劑/焊料能取得良好的焊接效果。4. 2. 3能原材料的質(zhì)量控制對各種原材料的高質(zhì)量要求是影響免清洗工藝的重要因素。所以在采用免清洗工藝時必須對各種原材料的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán) 格的控制。如對印制電路板和電子元器件的潔凈水平和可焊性、助焊劑/焊料的質(zhì)量及穩(wěn)定性、表面防護(hù)材料的質(zhì)量、工藝控 制和質(zhì)量管理的有效性進(jìn)行控制等。因為在生產(chǎn)過程中任何一個壞節(jié)不合格都會導(dǎo)致最終產(chǎn)品不合格。5選擇替代技術(shù)應(yīng)考慮的主要因素在選擇究竟使用哪些替代技術(shù)時應(yīng)考慮的因素是多方血的，而且往往是相互制約的，所以應(yīng)該從自己的具體實際情況出 發(fā)，綜合考慮才能找

17、到最適合的替代技術(shù)。應(yīng)考慮到的因素主要有下列幾項：5. 1電子產(chǎn)品的情況即考慮電子產(chǎn)品的重要性和它對清洗質(zhì)暈的要求：一般來說電子產(chǎn)品的重要性越高，它對清洗質(zhì)暈的要求也越高，如用 于人造衛(wèi)星、航天航空儀表、海底電信、軍用裝備、涉及生命的醫(yī)療設(shè)備的電子產(chǎn)品，要求有極高的可靠性，而生活類用品, 一般性工業(yè)用品的可靠性要求就低得多。而電子產(chǎn)品使用的壞境也有很大的關(guān)系，如經(jīng)常處于高溫、高濕等比較惡劣壞境下 的電子產(chǎn)品就必須嚴(yán)格清洗，并對其清洗后的離子污染和表面絕緣電阻必須嚴(yán)格控制，而對于在海洋環(huán)境中使川的軍艦、輪 船上使用的電子設(shè)備，還應(yīng)進(jìn)行表面處理。根據(jù)我國的ansi/j-std-001b標(biāo)準(zhǔn)把電子產(chǎn)

18、品分為三個等級，其中等三類電子產(chǎn) 品屬于必須清洗并且必須嚴(yán)格控制其清潔度的，對其離污染和表而絕緣電阻應(yīng)該逐批檢測，而第一類電子產(chǎn)品則可以免清洗, 其清潔度應(yīng)該定期檢測。見表1表1電子產(chǎn)品分類及其清潔度等級電子產(chǎn)品分類電子產(chǎn)品種類、范圍清洗工藝清潔度等級三類高可靠電子產(chǎn)品關(guān)健性商用、軍用設(shè)備如衛(wèi) 星、飛機(jī)、儀表、潛艇通訊、 復(fù)雜工業(yè)設(shè)備必須清洗水基清洗、半水基清洗、洛劑 清洗可控氣體保護(hù)焊接一級殘留離子污染w1. 5 p gnaci/cm 3二類耐用電子產(chǎn)品如一般工業(yè)設(shè)備、非生命保障 設(shè)備等需不間斷工作但非關(guān) 健設(shè)備清洗或免清洗水基清洗、半水基清洗、溶劑 清洗可控氣體保護(hù)焊接二級殘留離子污染1.5-10 u gnact/cm 3一類一般電子產(chǎn)品如消費(fèi)類電子產(chǎn)品、辦公設(shè)備一般不清洗三級殘留離子污染>10 u gnact/cm 35. 2使用的助焊劑類型采用不同的焊接工藝在印刷電路板上殘