使用“免洗”錫膏，三防前是否可以不用清洗電路板了？

現在免洗”錫膏使用日益頻繁，清洗是否是PCB可靠性的要求？尤其是需要涂覆三防漆的電路板，在涂覆前還需要清洗嗎？

以往，印刷電路板（PCB）的裝配是采用新標準進行的。蒸汽去脂溶劑（vapor-degreasing solvent）由于環境法規的要求而被逐漸淘汰。“免洗”工藝構造了一個所希望的技術手段；當考慮采用清洗時，水溶性助焊劑通常是人們的選擇；這樣，對空板和組件就沒有清洗的要求了，因為完成的裝配都經過常規的清洗。 

清洗“終結”了嗎？ 

松香助焊劑是杰出的“密封劑”，它意味著當采用無離子活性劑配方時，留下的是非離子殘留物。忽略板上的殘留物對那些關注淘汰臭氧消耗化學品的人來說是個有吸引力的選擇。基于這個原因，在免洗技術上投入了相當一段時間、精力和投資。因此，許多低殘留助焊劑在技術上取得了進步，而且還有一些新的設備技術可以支持這一技術的轉變。現在的問題則是，為什么清洗？ 
實際上，一個常見的錯誤概念就是再也不需要對裝配和三防前進行清洗了。但是，反之亦然，免得那些有害污染物影響到功能，其對可靠性的重要性不亞于焊點連接強度的重要性。清洗甚至對免洗工藝的成功實施還起重要的作用。如果取消了焊后清洗，來料組件以及裝配環境的控制還必須滿足清潔度標準。 
    高可靠性的應用要求是對焊后清洗工藝進行控制和優化，這種工藝使用的清洗材料是用最佳的化學品配制的。這類應用是不能將就免洗工藝要求的。而且SMT的不斷發展使得輔助的清洗工藝成為很有必要。例如，更致密的線和組裝件上的面數組、芯片級封裝與倒裝芯片封裝的許許多多的I/O連接點都要求進行清洗。清洗對要求達到最佳性能敷形涂覆的裝配是一個重要步驟。 

在設計PCB時切記清洗工藝 
    當裝配板需要進行焊后清洗時，設計組件布局、焊接和清洗時可能要考慮一些權衡辦法。對高密度的表面貼裝裝配板，設計者應留出清洗的余地。下面是在設計時應考慮選擇的幾個方面： 
1. 組件的最佳方向 ；
2. 噴涂組件下面的最小障礙； 
3. 清洗化學劑的高能噴射器的使用； 
4. 沖刷（液態顆粒小于組件與板層之間的間隙）時微細噴霧的應用； 
5. “陰影”的消除，即，較高的組件放置在離噴霧嘴最遠的位置，最小的組件置于最近位置；
6. 組件貼放：無源片狀元件（或圓柱形通孔類）的方向應該是使其長軸垂直于噴霧方向。

    雙排和小引腳的集成電路（SOIC）組件是長邊沿噴霧線放置。正方形扁平封裝（QFP）四周都有連接或無引腳陶瓷芯片載體（LCCC）等組件的方向是其主邊與噴霧方向成90。。 總之，應對組件的貼裝進行規劃，使得液體達到“最好”的疏散，例如，清晰的、帶一定間隔的行路，使液體排出板面，保證在采用BGA或CSP的情況下，清洗不受影響。設計者頭腦中應該有產品的外形、功能和如何制造，特別是裝配過程中的每一步是怎樣影響其它步驟的。在設計階段，應認識掌握這些要求，并對其進行完全整合優化，這樣裝配制造商就掌握了成功的鑰匙。 

裝配前的組件 
    污染殘留物是通過最初裝配前的組件和材料而帶入到最后裝配。如果不在裝配前去除組件和板上的殘留物，則不能保證在后續工序中去除，特別是如果采用免洗技術的情況。如果殘留物出現在高密度連接結構內，那情況可能就更為緊迫，因為細小的間隙很容易藏納污垢。低殘留、免洗焊接工藝如何取得成功與進料時的裸板與所有組件的清潔度有著直接的關系。 


    組件上經常發現顆粒狀、油類或片狀的非極性殘留物，而來自組件裝配時清洗不徹底而留下的極性殘留物，可能是上錫和助焊劑的殘留物。裝配前的組件進料必須保持清潔度的標準要求。

裝配中遇到的污染 
    裝配過程中出現的污染就不是外來的了。對電鍍通孔和表面貼裝組件人們越來越關注的是通常那些越來越致密的間隙出現的污染。離板高度和引腳間距已逐漸縮小，線間間距也是一樣。另外，即使是采用現代制造工藝，也會產生越來越頑固的殘留物。 

    殘留物由離子（極性）、非離子（非極性）和微細的污物組成。離子殘留物由助焊劑活性劑、殘留電鍍鹽和操作污物組成；非離子殘留物包括助焊劑、油、脂、熔化液體和游離材料中的已反應的、非揮發性的殘留物。微小的殘留物由錫球或錫渣、操作污物、鉆孔或走線灰塵和空氣中的物質組成。 
    極性殘留物溶于水中會形成離子。例如，當指紋藏納的鹽溶于水中，氯化鈉分子游離成正的納離子和負的氯離子。在離子狀態下，NaCl增加水的導電性，可能引起電路中信號改變，開始電遷移，產生腐蝕。典型的極性殘留物來自電鍍和蝕刻材料、板或組件制造過程中的化學物質，水溶性錫助焊劑成分，來自松香或合成催化焊錫助焊劑的活性劑，助焊劑反應產品，水溶性阻焊材料成分和來自手工處理的沉淀物。 
     非極性殘留物由那些溶于水中不形成離子的污染物質組成。它們可能是喜水的或不喜水的（通常喜油）。吸濕的材料會使表面形成水膜，從而造成表面電阻下降。同樣，在適當條件下，可能發生電遷移。不溶于水的非離子殘留物，由松香、合成樹脂、來自低殘留/免洗助焊劑配方的有機化合物、來自錫線助焊劑的增塑劑、化學反應產品、油和脂、指紋油、組件上的釋放劑、不可溶的無機化學成分和錫膏的流變添加劑構成。
微細殘留物主要是要求采用機械能量來去除。常見的微細殘留物來自灰塵中的硅酸材料、水解或氧化的松香、某些助焊劑反應產品（一些白色殘留物）、硅質脂/油、來自板層的玻璃纖維、阻焊材料的硅土和粘土填充劑、以及錫球和錫渣。 
    最后，如果裝配制造商選擇免洗工藝，那么，必須做到進料時組件必須滿足所要求的清潔度標準，板的處理用手套或手指套來完成，控制焊接過程以保證污染在最低水平。如果制定用氮氣作焊接過程的惰性氣氛，那么，必須實行更嚴格的過程控制。由于新的固定設備的投入，加上氮氣的消耗，實際的免洗工藝的成本可能和焊后清洗的差不多。隨后的運作，如線的綁接、芯片粘附、檢查、焊接、返工/修理、測試、實時處理、儲存和最后裝配，都是在焊接操作過程中完成的。如果不按照適當的處理技術進行裝配，可靠產品所要求的清潔度水平可能會打折扣。

波峰焊接/回流焊接之后的清洗 
     助焊劑技術很大程度上決定了對清洗劑的要求。水溶性助焊劑的清除一般要求有添加劑的水、高壓機械能量和溫度。松香助焊劑的清除要求或者是溶劑，半水的或者是含水的清洗劑。由于市場上配方技術范圍之廣，低殘留物/免洗助焊劑的清除取決于需要清洗的產品。合成助焊劑的清除一般要求溶劑或半水工藝。許多清洗技術都適合于清除該種殘留物。 
焊接過程的溫度曲線必須是專門設置的、受控的并存盤，特別是產品的組合是變化的。例如，組件密度高的多層板相對于組件稀少的PCB要求采用特別的溫度曲線。由于這些原因，在選擇回流曲線時錫膏的制造商提供了需要遵循的工藝指標。在去除助焊劑殘留物之前，多次的焊接過程可能引起聚合作用。這些殘留物就更加難于清理，因為聚合作用形成高分子重量的物質，使污染物更難于溶解于清洗劑中。 
    低固體或低松香/人造松香的助焊劑一般焊后聚集的殘留物較少。各種這類助焊劑都已商品化。可是，因為殘留物的清除能力可能隨最終產品的不同而變化，裝配制造商必須選擇與殘留物兼容的清洗劑。焊接期間過熱或過久的加熱可能會產生很難清除的殘留物。 

焊后清洗劑與設備 
    半水清洗劑適合于許多使污物“成溶劑化物”的材料，隨后通過水的沖刷清除污物。溶劑一般具有低蒸發壓力、閃點超過150℉、低揮發性、與許多助焊劑殘留有親合力、浸洗壽命長、不消耗臭氧。供貨商提供的這類產品包括水溶性和非水溶性的有機溶劑。水是它的沖刷劑。 
    水溶性半水溶劑由重酒精、乙二醇以太（glycol ehters）和環形胺（cyclic amines）組成。其優點之一是易于清除：夾帶物一般不是問題。缺點包括在要求采用封閉循環時，沖刷水處理顯得太復雜。 
    非水溶性半水溶劑由烯、碳水混合物、二元酯和乙二醇以太（glycol ether）組成。在第一階段要求采用機械沖擊進行沖刷，以保證充分的清洗。這里夾帶可能是一個問題。可是一個明顯的優點是當要求零排放的封閉循環時，具備將清洗液體與沖刷流分隔的能力。用于半水清洗過程的設備一般采用由浸泡下的噴霧、離心和超聲波攪動。 
總之，溶劑去除松香、低固體和合成激化助焊劑殘留物的效果很好。而且由于浸洗壽命長、損失最少和高污物裝載能力，其經濟性一般為人們所接受。 
對于極性離子材料，水要比有機溶劑好。相反，水對去除諸如脂、油和松香之類的非極性材料的效果較差。水，單獨或含有少量添加劑，是清除焊接后水溶性有機酸（極性溶劑）錫膏助焊劑的很好溶劑。在清除極性與非極性污物，如松香/合成松香、輕油和合成殘留物時，需要添加劑。 
    含水清洗化學品也提供了一定范圍的配方選擇。可是，如前所述，只有在適當的工藝條件下，水才適合于清洗許多有機酸（OA）助焊劑殘留物。有些有機酸殘留物要求使用添加劑，和水一起，以低濃度，幫助潤濕、去泡和置換鹽。基于含水的皂化劑可用于清洗極性與非極性污物，如松香助焊劑。基于無機的皂化劑已進化，提供了在空氣噴射受到控制的區域，清除松香助焊劑的選擇。后來，有機溶劑混合物和水一起提供對某些較頑固的低殘留物與合成基助焊劑的高效清洗劑。 
     設備市場針對不同含水清洗技術提供出一系列的應用，包括使用超聲波、離心力、刷子、浸泡和空氣中噴霧。設備設計的特性根據對性能、成本、占地空間、浪費管理、以及安全與健康問題的許多不同要求進行了廣泛選擇。 
溶劑清洗使用溶劑媒介而不是水，來清洗和沖刷組件和裝配件。干燥是通過對蒸發區（煮沸溶劑）產生的殘留液體的蒸發來完成的。 
     裝配中產生的污物是由離子（助焊劑活性劑、鹽）和非離子（松香/合成松香、油、粒子）污物組成。大多數溶劑是非極性的，去除非極性污物效果較好，但是，去除極性離子污物效果差。因此，開發出雙極性溶劑化合物，其可清除極性和非極性兩種污物。非極性元素通常是鹵化溶劑（halogenated solvent），或是氯化物（chlorinated）、溴化物（brominated）、氟氯化物（chlorofluorinated）或氫氯化物（hydrochlorinated）。極性元素溶劑典型的是酒精，如甲醇（methanol）、乙醇（ethanol）、正丙醇（normal propanol）或異丙醇（iso-propanol）。許多這類混合物具有共同的特性（叫做共沸點混合物），這樣就使得它們的特性象單一的物質一樣 - 液體部分蒸發產生的蒸汽具有與液體相同的化學成分。 
     每一種類型的溶劑都有其各自的優缺點，其選擇取決于需要清洗的污染物的類型和需要清洗的裝配材料的化學成分。對于處理清洗劑的設備的設計主要具有儲存、接觸工件、噴射和回收的性能。

結論 
    現在的電子裝配比以往的運作要快得多、好得多、電路走線更窄、裝配的組件更密集。此外，為了保證這些產品在要求的環境下按照設計的功能工作，達到要求的最低時間或周期，清洗必定要扮演一個重要的角色。