SMT基礎(chǔ)與工藝課件：SMT清洗工藝與材料

SMT清洗工藝與材料§9—1焊后清洗的目的和清洗材料§9—2常見清洗工藝SMT清洗工藝與材料1§9—1焊后清洗的目的和清洗材料焊接后印制電路板的清洗越來越受到各電子生產(chǎn)企業(yè)的重視。因為，SMT焊接后的清潔程度直接影響電子產(chǎn)品的可靠性、電氣指標(biāo)及使用壽命。清洗環(huán)節(jié)是保障電子產(chǎn)品可靠性的重要工序。選擇合適的清洗材料、采用合適的清洗工藝是電子產(chǎn)品清潔的必然要求。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解污染物的來源、類型以及污染物對表面組裝板的危害。2.了解電子產(chǎn)品清潔等級分類及清潔度要求。3.理解清洗的目的和作用，掌握清洗的作業(yè)流程。4.了解清洗劑的化學(xué)組成、選用原則和配置方法。SMT清洗工藝與材料2SMT清洗工藝與材料3一、污染物的來源、類型以及污染物對表面組裝板的危害1.污染物的來源在表面組裝焊接工藝結(jié)束后，印制電路板上會留下各種殘留物，通常這些殘留物來源于助焊劑、黏結(jié)劑、設(shè)備上潤滑油、人的指印殘留等。SMT清洗工藝與材料4一、污染物的來源、類型以及污染物對表面組裝板的危害2.污染物的類型根據(jù)污染物種類不同可將污染物分為有機(jī)污染物、難溶無機(jī)物、有機(jī)金屬化物、可溶無機(jī)物、顆粒物。一般有機(jī)污染物來源于助焊劑、焊接掩膜、編帶以及指印等；難溶無機(jī)物來源于光刻膠、助焊劑殘留物等；有機(jī)金屬化物來源于助焊劑殘留物；可溶無機(jī)物來源于助焊劑殘留物、酸、水；顆粒物來源于空氣中物質(zhì)、有機(jī)物殘渣。SMT清洗工藝與材料5一、污染物的來源、類型以及污染物對表面組裝板的危害2.污染物的類型根據(jù)污染物特性可將污染物分為極性污染物、非極性污染物和粒狀污染物。極性污染物主要來源于助焊劑中的活化劑，如鹵化物、酸、鹽；非極性污染物主要來源于助焊劑中的有機(jī)物殘渣，如松香殘渣、殘留膠帶和浮油等；粒狀污染物主要來源于空氣中的雜質(zhì)，塵埃、煙霧、靜電粒子等都是粒狀污染物。SMT清洗工藝與材料6一、污染物的來源、類型以及污染物對表面組裝板的危害3.污染物的危害極性污染物在一定條件下，可發(fā)生電離，會產(chǎn)生正離子或負(fù)離子。這種離子在一定電壓作用下，會向相反極性導(dǎo)體遷移，能引起電路的故障，同時極性污染物還具有吸濕性，吸收水分后在二氧化碳作用下加快自身分解，造成PCB導(dǎo)線的腐蝕。非極性污染物不會分離成離子，是絕緣體，不會產(chǎn)生腐蝕和電氣故障，但其本身具有較大的黏性，會吸附灰塵，影響焊盤的可焊性。大多數(shù)殘留物為極性和非極性物質(zhì)的殘留物。SMT清洗工藝與材料7一、污染物的來源、類型以及污染物對表面組裝板的危害3.污染物的危害粒狀污染物也可能對印制電路板焊盤造成危害，使得測試探針不能和焊點(diǎn)之間形成良好的接觸，導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確，影響可焊性。SMT清洗工藝與材料8二、電子產(chǎn)品清潔度等級分類及清潔度要求1.清潔度等級分類我國將電子產(chǎn)品的清潔度分為五個等級，如下表SMT清洗工藝與材料9二、電子產(chǎn)品清潔度等級分類及清潔度要求2.清潔度要求清潔度等級不同，對電子產(chǎn)品的清潔要求也不同。一級清潔度要求最高，五級最低，但是在五級消費(fèi)類電子產(chǎn)品中為防止污染，目前常采用免清洗助焊劑進(jìn)行焊接，稱為免清洗工藝。SMT清洗工藝與材料10三、清洗的目的、作用與作業(yè)流程1.清洗的目的電子產(chǎn)品組裝完成后，需對印制電路板去污染，SMT清洗工藝其實就是一種去污染工藝，主要是去除組裝焊接后殘留在印制電路板上影響其可靠性的污染物。SMT清洗工藝與材料11三、清洗的目的、作用與作業(yè)流程2.清洗的作用（1）清除腐蝕物SMA上殘留的腐蝕物會損壞電路，造成元器件脆化，腐蝕物本身受潮也容易導(dǎo)電，易引起短路。（2）防止電氣缺陷產(chǎn)生若PCB上殘存有離子污染物等，可能造成印制電路板漏電。（3）使SMA更清晰外觀形態(tài)清晰的SMA，通過檢測更容易看到熱損傷、開裂等不易察覺的缺陷，便于排除故障。除了采用免洗工藝，其余SMA組裝焊接后都要經(jīng)歷清洗工序。SMT清洗工藝與材料12三、清洗的目的、作用與作業(yè)流程3.清洗作業(yè)流程清洗作業(yè)的一般工藝流程如右圖所示SMT清洗工藝與材料13四、清洗材料1.清洗劑的化學(xué)組成傳統(tǒng)的、最有效的清洗劑是以三氯三氟乙烷（CFC-113）和甲基氯仿作為主體材料，它們具有脫脂率高、溶解力強(qiáng)、無毒、不燃不爆、易揮發(fā)、無腐蝕性、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，長期以來一直是清洗的理想溶劑。但是近年來研究發(fā)現(xiàn)，三氯三氟乙烷會破壞大氣臭氧層，為保護(hù)環(huán)境，現(xiàn)已全部停止使用。SMT清洗工藝與材料14四、清洗材料1.清洗劑的化學(xué)組成（1）免清洗技術(shù)是指在助焊劑上進(jìn)行改進(jìn)研究，使焊后不產(chǎn)生污染物或產(chǎn)生極少污染物，從而可以免清洗。（2）改進(jìn)型CFC溶劑清洗劑（HCFC）是指在原來CFC-113分子中引入氫原子，代替部分氯原子，以減少對臭氧層的損害。（3）水清洗劑主要成分為極性水基無機(jī)物，通常采用皂化劑。（4）半水清洗劑主要有萜烯類溶劑和烴類混合物溶劑。它既能溶解松香，又能溶解于水。SMT清洗工藝與材料15四、清洗材料2.選用原則不同的印制電路板所選用的焊料和助焊劑不同，相應(yīng)的清洗方式也不同，清洗劑的選擇也不同。清洗工藝對清洗劑的基本要求如下：（1）良好的潤濕性（2）較強(qiáng)的毛細(xì)作用（3）較低的黏性（4）較高的密度SMT清洗工藝與材料16四、清洗材料2.選用原則（5）較高的沸點(diǎn)（6）較強(qiáng)的溶解能力（7）較低的臭氧破壞系數(shù)（8）最低限制值選擇溶劑，除了考慮與殘留物類型相匹配之外，還要考慮其他因素，如去污能力、與設(shè)備元器件兼容性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等。SMT清洗工藝與材料17四、清洗材料3.配置方法通常組裝焊后殘留污染物不是單一類型，而是由極性和非極性殘留物混合而成，要采用清洗劑進(jìn)行清洗。極性溶劑，如酒精、水等，可以用來清除極性殘留污染物；非極性溶劑，如氯化物、氟化物等，可用來清除非極性殘留污染物；由極性溶劑和非極性溶劑混合而成的混合溶劑?！?—2常見清洗工藝學(xué)習(xí)目標(biāo)1.熟悉表面組裝板焊后有機(jī)溶劑清洗工藝的內(nèi)容。2.掌握水清洗和半水清洗技術(shù)的工藝流程和清洗過程。3.掌握電子產(chǎn)品清洗后的清潔度標(biāo)準(zhǔn)和檢驗方法。SMT清洗工藝與材料18SMT清洗工藝與材料19一、有機(jī)溶劑清洗工藝的內(nèi)容1.超聲波清洗技術(shù)（1）超聲波清洗特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：洗凈率高，殘留物少；清洗時間短，清洗效果好，不受清洗件形狀限制，高效節(jié)能，易實現(xiàn)自動化；不損壞被洗件表面；節(jié)省溶劑、熱能、工作面積、人力，對玻璃、金屬清洗效果好。缺點(diǎn)：不適宜清洗紡織品、多孔泡沫塑料、橡膠制品等聲吸收強(qiáng)的材料。SMT清洗工藝與材料20一、有機(jī)溶劑清洗工藝的內(nèi)容1.超聲波清洗技術(shù)（2）超聲波清洗原理超聲波清洗的基本原理為“空化效應(yīng)”。高于20kHz的高頻超聲波通過換能器轉(zhuǎn)換為高頻機(jī)械振蕩傳入清洗液，向前輻射，使清洗液流動并產(chǎn)生數(shù)以萬計的小氣泡，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時，氣泡迅速增長，然后突然閉合，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，像一連串的小爆炸，轟擊污染物表面，使污染物剝落。氣泡多次增長閉合，向前推進(jìn)，使污垢一層層剝開，達(dá)到清洗的目的。SMT清洗工藝與材料21一、有機(jī)溶劑清洗工藝的內(nèi)容1.超聲波清洗技術(shù)（3）超聲波清洗設(shè)備超聲波清洗機(jī)一般有超聲電源和清洗器一體式和分體式兩種結(jié)構(gòu)。下圖為常用的全自動超聲波清洗機(jī)。SMT清洗工藝與材料22一、有機(jī)溶劑清洗工藝的內(nèi)容1.超聲波清洗技術(shù)（3）超聲波清洗設(shè)備清洗器主要由清洗缸、超聲波發(fā)生器和換能器三個主要部分組成。若將超聲波清洗機(jī)安裝在生產(chǎn)線上，其工藝過程為：進(jìn)料—前噴淋—超聲波清洗—后噴淋—風(fēng)刀吹劈—熱風(fēng)烘干—冷風(fēng)冷卻—出料。SMT清洗工藝與材料23一、有機(jī)溶劑清洗工藝的內(nèi)容2.氣相清洗技術(shù)（1）氣相清洗特點(diǎn)氣相清洗技術(shù)主要是采用溶劑蒸氣清洗技術(shù)，是目前使用最普遍的SMA清洗技術(shù)，主要有批量式溶劑清洗技術(shù)和連續(xù)式溶劑清洗技術(shù)兩種。1）批量式溶劑清洗系統(tǒng)有多種類型，如環(huán)形批量式系統(tǒng)、偏置批量式系統(tǒng)、雙槽批量式系統(tǒng)和三槽批量式系統(tǒng)。此類系統(tǒng)采用電浸沒式加熱器加熱溶劑，有單槽、多槽之分，若加入噴淋等機(jī)械力和反復(fù)多次進(jìn)行蒸氣清洗，清洗效果更佳。SMT清洗工藝與材料24一、有機(jī)溶劑清洗工藝的內(nèi)容2.氣相清洗技術(shù)（1）氣相清洗特點(diǎn)2）連續(xù)式溶劑清洗系統(tǒng)有一個很長的蒸氣室，內(nèi)設(shè)小蒸氣室，內(nèi)部有加熱預(yù)清洗噴淋室、高壓噴淋室、煮沸室、加熱蒸餾溶劑儲存室。這種清洗技術(shù)通常將組件放在傳送帶上，根據(jù)SMA特點(diǎn)，以不同速度運(yùn)行，水平通過蒸氣室，連續(xù)完成組件清洗，清洗效率高。SMT清洗工藝與材料25一、有機(jī)溶劑清洗工藝的內(nèi)容2.氣相清洗技術(shù)（2）氣相清洗原理氣相清洗是通過供熱系統(tǒng)控制加熱使溶劑槽中的清洗溶劑受熱沸騰，從而產(chǎn)生氣相清洗溶劑蒸氣，蒸氣上升后，與冷狀態(tài)下的待清洗組件相接觸時，由于溫度差，蒸氣冷凝在組件表面，從而利用溶劑蒸氣帶走組件上的污染殘留，帶有污染物的蒸氣在制冷區(qū)受冷液化順著管道流入回收槽。通過對殘留物過濾，可將溶劑再送回溶劑槽，實現(xiàn)循環(huán)利用。SMT清洗工藝與材料26一、有機(jī)溶劑清洗工藝的內(nèi)容2.氣相清洗技術(shù)（3）氣相清洗設(shè)備氣相清洗機(jī)主要由加熱區(qū)、溶劑槽、蒸氣清洗區(qū)、制冷區(qū)和回收槽等組成。如右圖1—操作面板2—超聲波發(fā)生器3—溫度控制器4—油水分離器5—冷氣機(jī)組6—噴淋泵7—蒸氣洗槽8—超聲洗槽9—加熱器10—換能器11—過濾泵12—過濾器13—冷排器14—噴淋嘴15—缸蓋SMT清洗工藝與材料27二、水清洗和半水清洗技術(shù)1.水清洗工藝流程及清洗方法水清洗工藝是代替CFC溶劑清洗最有效的方法。簡單水清洗工藝流程如下圖所示。SMT清洗工藝與材料28二、水清洗和半水清洗技術(shù)1.水清洗工藝流程及清洗方法第一種類型采用皂化劑的水清洗工藝，主要針對采用松香型助焊劑的SMA，清洗方法為在60～70℃溫度下，皂化劑與松香型助焊劑殘留物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成可溶于水的脂肪酸鹽，然后應(yīng)用高壓水噴淋，再用凈水漂洗去除皂化劑殘留物，達(dá)到清洗的目的。不同助焊劑可選擇不同的皂化劑進(jìn)行清洗，但易造成皂化劑殘留污染，影響印制電路板質(zhì)量。SMT清洗工藝與材料29二、水清洗和半水清洗技術(shù)1.水清洗工藝流程及清洗方法第二種類型不采用皂化劑的清洗工藝，即凈水清洗。此種方法是基于采用可溶于水的助焊劑焊接的SMA，清洗中適當(dāng)加入中和劑，可更有效地去除可溶于水的助焊劑殘留物。對于大批量電路組件，采用水清洗技術(shù)，也是由預(yù)沖洗、沖洗、漂洗、最終漂洗和干燥五部分組成。但是為了將SMA徹底地沖洗干凈，增加了強(qiáng)力沖洗和強(qiáng)力漂洗。同時采用閉水循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)水循環(huán)處理和再利用，比普通水洗系統(tǒng)節(jié)約用水，節(jié)省熱能60%～70%。SMT清洗工藝與材料30二、水清洗和半水清洗技術(shù)2.半水清洗工藝流程及清洗方法半水清洗工藝是介于溶劑清洗和水清洗之間的一種清洗工藝。清洗時，加入了可分離型溶劑。下圖為半水清洗工藝流程

SMT清洗工藝與材料31二、水清洗和半水清洗技術(shù)2.半水清洗工藝流程及清洗方法半水清洗工藝流程為先用溶劑清洗組件，再用水進(jìn)行漂洗，最后烘干。所采用的半水清洗劑既能溶解松香，又能溶解在水中，清洗時，可將印制電路板浸沒在半水清洗劑中，采用噴射清洗，獲得最佳清洗效果。為避免萜烯類半水清洗劑對印制電路板的副作用，溶劑清洗后要用去離子水漂洗。SMT清洗工藝與材料32三、電子產(chǎn)品清洗后的清潔度標(biāo)準(zhǔn)和檢驗方法1.清潔度標(biāo)準(zhǔn)電子產(chǎn)品清潔度標(biāo)準(zhǔn)見下表SMT清洗工藝與材料33三、電子產(chǎn)品清洗后的清潔度標(biāo)準(zhǔn)和檢驗方法2.檢驗方法組裝焊好后的印制電路板質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的使用體驗，因此，在電路組件焊接完后，必須對印制電路板進(jìn)行清洗（免清洗除外），清洗后還需要對清潔度進(jìn)行檢測。SMT清洗工藝與材料34三、電子產(chǎn)品清洗后的清潔度標(biāo)準(zhǔn)和檢驗方法2.檢驗方法（1）目測法目測法主要是借助光學(xué)顯微鏡，對污染物進(jìn)行定性檢測，通過高倍放大鏡觀察組件焊點(diǎn)四周是否有助焊劑及清洗劑殘留的痕跡。這種方法簡單易行，但對于元器件底部隱藏的污染物無法識別，適用范圍有限。SMT清洗工藝與材料35三、電子產(chǎn)品清洗后的清潔度標(biāo)準(zhǔn)和檢驗方法2.檢驗方法（2）溶劑萃取法溶劑萃取法也稱為溶劑萃取電阻率檢測法，是將電路組件浸入測試溶劑中，或用測試溶劑沖洗電路組件，然后測量浸過印制電路板的測試溶劑的離子電導(dǎo)率，離子電導(dǎo)率的下降程度與污染物數(shù)量成正比，可定量測出電路組件的清潔度。這種方法在SMA污染物測試中使用廣泛。SMT清洗工藝與材料36三、電子產(chǎn)品清洗后的清潔度標(biāo)準(zhǔn)和檢驗方法2.檢驗方法（3）離子污染物檢測法離