?引言——關于電路板的清洗

現(xiàn)在電子產(chǎn)品的清洗有幾點變化：

1）老一輩清洗工藝專家退休了，人員不斷更新，老一輩清洗工藝專家的技術和經(jīng)驗沒有傳承下來，一些基礎性的、低層次的清洗質量工藝技術問題反反復復的重現(xiàn)，這是最主要的；

2）清洗的要求提高了

隨著人們對產(chǎn)品可靠性重要性認識程度的提高，清洗擺到了議事日程上來了：因為為了應對惡劣的使用環(huán)境，電路板必須作三防處理，而三防處理的前一道必不可少的工序就是要把電路板徹底清洗干凈；

3）電路板的組裝密度提高了

高密度清洗里的高密度，與我們經(jīng)常提到的組裝高密度不屬于同一個概念，主要是指器件與PCB接觸面積的高密度；就清洗難度而言，器件與PCB的接觸面積越大，距離越窄，清洗難度越高，因此BTC器件，包括BGA、QFN、CCGA以及大面積高密度電連接器的廣泛應用增加了清洗的難度；

4）過去一些傳統(tǒng)的清洗工藝，例如超聲清洗在電子組件的清洗中被列為禁用工藝；使用氟利昂的氣相清洗被列為禁用工藝；ODS清洗劑被列為禁用清洗材料；ODS清洗劑的替代品被列為限用材料；無水乙醇（酒精）清洗因造成電路板產(chǎn)生白色污染被列為限用材料；水清洗因在不密封或半密封器件清洗后不易烘干受到局限；

5）“免清洗”被誤導為不清洗；

6）松香助焊劑等中性助焊劑被誤解“沒有腐蝕作用”而不需要清洗；

7）除了常規(guī)的PCBA清洗外，微波模塊、微組裝組件和整機組裝焊接的清洗問題沒有得到妥善有效解決。

?目? 標

依據(jù)GJB 451A的要求?“裝備在其壽命期預計可能遇到的各種環(huán)境的作用下能實現(xiàn)其所有預定功能、性能和（或）不被破壞的能力”。確定壽命期環(huán)境剖面；制定環(huán)境適應性設計準則，包括三防設計。依據(jù)GJB 451A的要求，規(guī)定必須進行“環(huán)境防護設計”。

二.污染物的危害

1.化學污染的危害

造成氧化腐蝕，發(fā)生化學反應。使金屬機械強度下降，元器件引線斷裂，印制線條斷裂，金屬化孔不良，可焊性下降，焊點變暗等嚴重現(xiàn)象。

2.物理污染的危害

物理污染主要指印制電路板組件外觀損壞，或由于濕氣的凝聚、吸收和吸附作用，形成離子化污染的溶解，進而活化潛在的污染的危害。物理污染會加速化學污染、光學和其它污染，帶來更嚴重的危害。

3.機械污染的危害

產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用過程中受到振動或摩擦的影響，造成印制表面與粘接劑界面的損傷與污染，還會產(chǎn)生鍍層損傷，造成金屬焊盤脫落及印制板組件脫離的危險。

4.光學污染的危害

在光敏電路中，由于污染物的聚集，影響了對光的吸收和反射，造成電路信號改變或終止。

由于上述化學的、物理的、機械的、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(xiàn)電路中斷、電阻增加、局部發(fā)熱氧化、甚至電路短路，當在較高溫度和濕度作用下，還會產(chǎn)生漏電流，介電常數(shù)及損耗系數(shù)的改變等不良現(xiàn)象，最終導致產(chǎn)品失效。

印制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：松香性焊劑、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。清洗時的各種溶劑（含氯、氟的有機溶劑、酒精溶劑、水溶劑等），這么多化學材料，在焊接高溫下和清洗過程中會發(fā)生化學反應。污染可能直接或間接引起PCBA潛在的風險，諸如：殘留物中的有機酸可能對PCBA造成腐蝕；殘留物中的電離子在通電過程中，因焊點之間的電位差造成電遷移，使產(chǎn)品短路失效；殘留物影響涂覆效果；經(jīng)過時間和環(huán)境溫度的變化，出現(xiàn)涂層龜裂、翹皮，從而引起可靠性問題。

以常用的松香助焊劑為例：

常用的松香助焊劑由松香樹脂組成，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。印制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，這些化學成分比原來的樹脂更不容易溶于溶劑。這樣，電路板清洗后在電路板表面就會有明顯的不規(guī)則的白斑分布，而且電路板受熱較厲害的部分更加明顯。

同時，松香型焊劑在焊接過程中會產(chǎn)生聚合反應，松香型焊劑的聚合反應常常是因為電路板過度受熱引起。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(fā)生水解反應。

當印制電路板進行焊接時，焊料表面和元器件的電極、引腳中的錫、鉛、銅或鐵等元素回合焊劑中的有機酸發(fā)生很復雜的化學反應，形成一系列復雜的化合物，其中以錫和鉛的松香酸脂和海松酸甲酯為多，它們通常也是不溶于任何或含氯、含氟的溶劑。

焊劑當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(fā)生復雜的反應形成金屬的鹵酸鹽，通常是錫、鉛、銅的氯化物，如果電路板不進行清洗，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(fā)揮。

在松香層被破壞后，就表現(xiàn)為白色的斑塊，而且這些氯化物會進一步與空氣當中的水分和二氧化碳發(fā)生反應，形成碳酸鹽。上述這些反應物將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(xiàn)電路中斷、電阻增加、局部發(fā)熱氧化、甚至電路短路，當在較高溫度和濕度作用下，還會產(chǎn)生漏電流，介電常數(shù)及損耗系數(shù)的改變等不良現(xiàn)象，最終導致產(chǎn)品失效。

污染造成PCBA失效的典型問題

1.腐蝕?

PCBA組裝是使用了鐵底材底引線腳底元器件，鐵底材由于缺乏焊料底覆蓋，在鹵素離子以及水分的腐蝕下很快產(chǎn)生Fe3+,使板面發(fā)紅。??另外，在潮濕環(huán)境下，具有酸性的離子污染物還可以直接腐蝕銅引線、焊點及元器件，導致電路失效。

2.電遷移??

如果在PCBA表面有離子污染存在，極易發(fā)生電遷移現(xiàn)象，出現(xiàn)離子化金屬向相反電極間移動，并在反向端還原成原來的金屬而出現(xiàn)樹枝狀現(xiàn)象稱為樹枝狀分布,（樹突、枝晶、錫須），枝晶的生長有可能造成電路局部短路。見圖1。

圖1 錫基鍍層的引腳上長出錫晶須造成引腳間的短路

3.電接觸不良??

在PCBA的組裝工藝中，一些樹脂比如松香類殘留物常常會污染金手指或其他接插件，在PCBA工作發(fā)熱時或炎熱氣候下，殘留物會產(chǎn)生粘性，易于吸附灰塵或雜質，引起接觸電阻增大甚至開路失效。BGA焊點中PCB面焊盤鎳層存在腐蝕以及鎳層表面富磷層的存在降低了焊點與焊盤的機械結合強度，當受到正常應力作用時發(fā)生開裂，造成點接觸失效。見圖2。

圖2 ?BGA焊點開裂造成電接觸不良

??清洗的必要性

印制電路板組件是電子產(chǎn)品的核心部分，在印制電路板組件上組裝焊接各種元器件、集成電路、芯片、各種電連接器、開關、組件時都必須涂覆助焊劑、焊膏等，再經(jīng)過再流焊、波峰焊和手工焊才能完成印制電路板組件的組裝焊接。

清洗是PCB組裝中的重要工序，它對電子產(chǎn)品的質量和可靠性起著至關重要的作用，絕不是可有可無、或者說僅僅是為了外觀好看、或者說單純是為了環(huán)保的需求。

1.外觀和電性能要求 ?PCBA的污染物最直觀的影響是PCBA的外觀，如果在高溫高濕的環(huán)境中放置或使用，可能出現(xiàn)殘留物吸潮發(fā)白現(xiàn)象。由于組件中大量使用無引線芯片、微型BGA、芯片級封裝（CSP）和01005等，元件和電路板之間的距離縮小，尺寸微型化，組裝密度也越來越大。如果鹵化物藏在元件下面清洗不到的地方，局部清洗可能造成因鹵化物釋放而帶來災難性的后果。

2.三防漆涂覆需要 在進行表面涂覆之前，沒有清洗掉的樹脂殘留物會導致保護層分層或出現(xiàn)裂紋；活性劑殘留物可能引起涂層下面出現(xiàn)電化學遷移，導致涂層破裂保護失效。研究表明，通過清洗可以增加50%涂覆粘結率。

3.免清洗也需要清洗

按照現(xiàn)行標準，免清洗一詞的意思是說電路板的殘留物從化學的角度看是安全的，不會對電路板產(chǎn)線任何影響，可以留在電路板上。檢測腐蝕、SIR、電遷移還有其他專門的檢測手段主要是用來確定鹵素/鹵化物含量，進而確定免清洗的組裝件在完成組裝后的安全性。

然而，即使使用固含量低的免清洗助焊劑，仍會有或多或少的殘留物，對于可靠性要求高的產(chǎn)品來講，在電路板是不允許任何殘留物或者污染物。

（1）什么是“免清洗洗助焊劑”？

從上個世紀的八十年代始，來自商業(yè)和軍工背景的助焊劑專家組就在一起致力于助焊劑標準的研究，并由此產(chǎn)生了一個具有國際影響力的助焊劑規(guī)范——J-STD-004。從J-STD-004規(guī)范中可以看到，助焊劑分類主要是基于助焊劑活性和鹵化物含量，而不是“免清洗”或者“清洗”。見圖3。

圖3??IPC-CH-65中對于殘留分類的量化參考

“免清洗助焊劑”到底是什么概念？根據(jù)適用情況不同，組裝之后，不同類型的助焊劑有不同的殘留量。行業(yè)中俗稱的“免清洗助焊劑”是助焊劑的統(tǒng)稱，屬于低殘留助焊劑，即10%<殘留量≤40%，在在焊接之后有穩(wěn)定和良好的殘留。

（2）助焊劑殘留物的危害

1）殘留物造成電化學遷移（ECM）

電化學遷移的主要過程是，焊點或導線上的金屬溶解為導電金屬鹽，在電場作用下，金屬離子通過水層朝著陰極方向遷移，并沉積在陰極；當越來越多的金屬沉積在陰極，金屬枝晶從陰極朝向陽極生長。遷移減小了板面的電氣間隙，并由此帶來短路等可靠性問題。組裝殘留物的存在增加了形成水層的風險，而水層為導電鹽溶解和擴散提供了媒介。在較高的離子污染水平下，發(fā)生電化學遷移的風險大大增加。見圖4。

圖4 板面離子殘留造成的電化學遷移

2）殘留物與錫須（Tin Whisker）生長有關研究表明，將無鉛元器件暴露在85℃，85%RH條件下500h，組裝殘留物濃度相對較高的元器件會生長出相對較長的錫須，而清洗后的元器件錫須生長明顯得到抑制或減少。錫須生長到一定程度，會帶來短路、信號干擾或發(fā)生金屬蒸汽電弧等可靠性風險。見圖5。

圖5 助焊劑殘留物附近焊點的錫須生長

（3）殘留物會增加蠕變腐蝕和電遷移（EM）的風險，見圖6。

圖6 不當清洗造成的焊點變黑

PCBA貼裝和結構的高密度化及元器件的微型化，使得相鄰導體間的間距減小、PCBA上污染物的影響尤其突出。因此，即使使用“免清洗助焊劑”也必需對組裝殘留物進行徹底清洗，以保證產(chǎn)品在惡劣環(huán)境下的可靠性。

4.對于高可靠電子產(chǎn)品，不論是通孔插裝還是表面組裝，無論采用哪一種工藝，在再流焊、波峰焊、浸焊或者手工焊后，也無論選用哪一種助焊劑，包括采用免清洗助焊劑后，印制電路板組件都必須進行嚴格的、一絲不茍的、有效清洗，以除去助焊劑殘留物和各種污染物。特別對于表面組裝工藝和無鉛焊接技術后，在高密度、高精度組裝中，由于助焊劑可進入表面組裝元器件和基板之間的微小間隙，從而使得清洗顯得更加困難也更顯重要和必要。

? ? ? ? ? ?? ? ?印制板組件污染物的來源

1.元器件引線上的污染

最常見的污染物是表面氧化層和手印。形成表面氧化層的原因是元器件的存放時間、環(huán)境、包裝等。手印的主要成分是水，膚油和氯化鈉以及護手用品。

2.裝聯(lián)操作中產(chǎn)生的污染

在裝聯(lián)過程中，對不需要焊接的部位多采用膠帶、熱塑化合物等掩膜保護起來。在高溫焊接作用下，膠帶粘接殘留物會變成難以去除的污染物，而殘留在組件表面上。

3.助焊劑的污染

印制板組件在焊接后有兩種污染現(xiàn)象，一是助焊劑擴散造成的污染物，二是助焊劑殘留在PCB上的污染物。常用的有松香性助焊劑既無極溶劑中的鹵化物、免清洗焊劑白色沉淀物等殘留物。

4.焊接過程中的污染

PCBA在焊接過程中要產(chǎn)生各種污染，主要是PCB上微小的焊料球，焊料槽內(nèi)浮渣、焊料中的金屬夾渣、防護油脂等。

5.工作環(huán)境的污染

工作場地的塵埃、水及溶液劑的蒸汽、煙霧、微小顆粒有機物，以及靜電引起的帶電粒子。

? 板級電路模塊焊后清洗常見質量問題的分析

1. PCB引起的白色殘留物

PCB引起的白色殘留物，實質上是樹脂殘留物；是由于使用的環(huán)氧樹脂及阻焊膜固化不完全，在PCB清洗后產(chǎn)生的。解決的辦法是確保PCB制造過程中環(huán)氧樹脂固化時間和阻焊膜的光、熱固化完全。對廣大PCB的用戶主要是選擇一個質量合格的PCB制造商，并在入廠檢驗時強化對光板的質量檢驗及進行必要的預清洗。

2.焊接過程中引起的白色殘留物

使用松香類焊劑焊接時，在焊接的高溫條件下，松香與溶融的錫鉛合金發(fā)生化學反應，生成松香酸錫鹽類。建議用稀釋的松香水對這類白色殘留物用刷子進行清洗，然后再用去離子水進行清洗。

3.焊劑引起的白色殘留物

焊劑引起的白色殘留物是清洗后PCB發(fā)白的主要原因；焊劑的固含量高，焊劑與清洗劑化學相容性不好，以及溶劑型焊劑、水溶性焊劑中含有的活性劑成分（常為鹵化物）等均會形成很強的無機酸或有機酸；這些無機酸或有機酸不但能與金屬氧化物起作用，也會與PCB上的金屬線路及焊點本身發(fā)生反應，生成金屬鹵化物鹽類，如PbCl2、PbBr2等。在高溫下將生成PbCO3，它是白色殘留物的來源；無機酸或有機酸也可與松香結合。

為解決焊劑引起的白色殘留物的方法，首先應從改變焊劑的成分，降低固含量；盡量縮短焊接后到清洗工序的周轉時間，最好在1h內(nèi)完成清洗工序；并保證操作環(huán)境的干燥。

如果不能在1h內(nèi)完成清洗工序，隨著時間的延長，不但會使焊劑引起的白色殘留物變得十分難以清洗干凈，而且對于某些類似開關、繼電器等接觸類的電器部件的連接失效。

松香助焊劑殘留物對PCA影響也是顯而易見的：

松香是常用的焊劑，在電子工業(yè)中常用的是氫化松香脂，具有酸性很弱、絕緣電阻高（1×1013），焊后形成的膜性能穩(wěn)定，使焊點及被焊件不受氧化的特點。松香由90%的松香酸和10%的中性物質組成，在焊接過程中松香酸和銅的氧化物發(fā)生化學反應，其反應式為：

在焊點周圍產(chǎn)生金屬堿，不溶于水，在常溫下不產(chǎn)生腐蝕。但松香殘留物具有吸濕性，在濕熱條件下，松香膜易發(fā)白；同時松香具有粘性，會吸附大氣中的灰塵和粒子，從而造成對PCA的污染和腐蝕，因此除一些消費類電子產(chǎn)品和低檔次工業(yè)品外，松香助焊劑殘留物必須徹底清洗干凈。

4.清洗溶劑引起的發(fā)白

清洗溶劑引起的白色殘留的物系松香酸與醇類清洗劑作用生成的松香脂，其結構與雙萜類（EC-7R是一種從柑桔皮中提取出來的萜烯類有機物）相擬，當它揮發(fā)時會吸收周圍空間的熱量，若在潮濕的環(huán)境下，隨著溶劑的揮發(fā)灰造成空氣中水份冷凝，在PCB上留下白色殘留物。

清除清洗溶劑引起的白色殘留物的方法是使用醇與水混合液清洗劑，或在高壓下用醇類清洗劑噴淋。

5.清洗過程中操作不當引起的發(fā)白

操作不當引起的白色殘留物，是影響PCB清潔度的重要原因之一，若焊接后至清洗工序的時間過長，會給白色殘留物的生成創(chuàng)造條件，尤其是松香或樹脂型焊劑，更應在焊接后立即完成清洗，以便最低限度的減少白色殘留物的生成。清洗時，溫度在50~60℃，清洗時間一般為3~5min為宜，否則也會生成白色殘留物。

6.關于清洗后元器件表面字符脫落問題

GJB3243規(guī)定，元器件應能承受40℃的清洗液中至少浸泡4min。如果清洗后元器件表面字符脫落則是由于元器件的外觀質量不符合GJB 3243要求。

? ?高可靠PCBA對“白色污染物”的規(guī)定和要求

IPC-610E給出了某些污染物的評判分析，但同時又要求每個生產(chǎn)設施都應該建立一個以每種污染物容許殘留值為基礎的標準。本標準推薦采用下列測試方法建立相關的設施標準：基于J-STD-001采用離子萃取設備進行的污染物測試，以及如IPC-TM-650描述的環(huán)境條件下進行的絕緣阻抗測試和其他電氣參數(shù)測試。?

結合IPC-610E對白色污染物的評判和分析，高可靠電子產(chǎn)品印制電路板組裝件對白色污染物的合格要求應符合以下規(guī)定：

1.清潔，無可見助焊劑殘留物。見圖7。

2.潔凈，無顆粒物。見圖8。

3.無可見氯化物、碳酸鹽和白色殘留物。見圖9。

4.清潔的金屬表面輕微的轉暗。見圖10。

高可靠電子產(chǎn)品印制電路板組裝件的潔凈度要求必須滿足QJ165B“離子污染度1.56ug（NaCl）/cm2或絕緣電阻值不小于100兆歐”的規(guī)定。

?高可靠PCBA對“白斑”的規(guī)定和要求

1.什么是“白斑”

白斑是“一種發(fā)生在層壓基材內(nèi)部，玻璃纖維在編織交叉處與樹脂分離的情形，表現(xiàn)為在基材表面下分散的白色斑點或“十字紋”，通常和熱應力有關。

2.“白色污染物”與“白斑”的區(qū)別

需要說明的是PCBA組裝焊接清洗過程中產(chǎn)生的“白色污染物”與“白斑”屬于兩個不同的概念。

“白色污染物”是PCBA組裝焊接清洗過程中產(chǎn)生的多余物，而“白斑”是一種發(fā)生在層壓基材內(nèi)部，玻璃纖維在編織交叉處與樹脂分離的情形，表現(xiàn)為在基材表面下分散的白色斑點或十字紋。

3.GJB362B和QJ831B的作用

GJB362B是剛性印制板通用規(guī)范，QJ831B是航天用多層印制電路通用規(guī)范；GJB362B和QJ831B中的相關條款規(guī)定了對白斑的要求，是對印制板（PCB）的設計制造要求和驗收標準。目前軍品還沒有印制板組件（PCBA）焊接后對白斑的規(guī)定要求。

4.GJB362B對白斑和微裂紋等的質量要求

（1）斑點

理想情況下應無斑點。斑點若屬于下列情況可以接收：

1）斑點是半透明的；

2）斑點是顯布紋，而不是分層或分離

3）孤立的斑點離導線的距離不小于0.25mm。或經(jīng)過任何焊接操作后不擴大（凝膠顆粒不管在任何位置均可以接收）。

（2）白斑和裂紋

理想情況下應無白斑和裂紋。若屬于下列情況可以接收：

1）若印制板不用于高電場，則白斑可接收；但白斑總面積應不大于印制板總面積的2%（兩面計算），任何方向的尺寸應不大于0.80mm；且不使相鄰導電圖形之間橋接；

2）裂紋未使導電圖形的間距減小到低于布設總圖中規(guī)定的最小值；

3）熱應力試驗后裂紋不擴大；

4）板邊緣的裂紋不應使板邊緣與導線的間距減小到低于布設總圖中規(guī)定的最小值；若未規(guī)定最小值，則間距的減小應不大于2.5mm；

5）裂紋不應超過相鄰導線間距的50%。

5.QJ831B對白斑和微裂紋等的質量要求

（1）白斑和裂紋

如果不用于高電場，多層板上的白斑和裂紋應不大于多層板總面積的2%，在內(nèi)層導線間，應不大于該處間距的25%，在任何方向上的尺寸應不大于0.8mm。

（2）表面下斑點

表面下斑點符合下列條件時，應判為合格：

1）當表面下斑點是半透明的，或確知為顯露布紋而不是分層和分離；

2）孤立的斑點距導線的距離至少0.25mm；

3）經(jīng)過任何焊接操作后不擴大。

6.對白斑的管控措施

為提高產(chǎn)品設計和組裝焊接質量，實施可制造性設計和工藝過程控制是必不可少的。 我們應立足預防為主，在設計階段就對不同等級PCB的可接受條件作出明確規(guī)定，其中包括PCB的驗收要求；例如軍品可以按照GJB362B的規(guī)定進行PCB的驗收，這樣就可以控制PCB供貨的質量源頭。 在此基礎上，強化PCBA組裝焊接工藝控制，就可以避免類似白斑、微裂紋、分層和起泡等質量問題的出現(xiàn)。

如果我們的印制板是按照GJB362B驗收的，就可以排除PCB貨源的問題。在組裝焊接中出現(xiàn)“白斑”的原因基本上是焊接溫度過高，例如軍品焊接無鉛BGA時峰值溫度要達到240℃，或手工焊接時實際焊接溫度過高，焊接時間過長，PCB的玻璃化轉化溫度過低等，需要引起我們的注意。

7.軍品PCBA焊接后對白斑的規(guī)定要求

（1）SJ20385-2008《軍用電子設備電氣裝配技術要求）

印制板組裝件焊接后印制板不應有翹起、銅箔剝離、焊盤移位、橋接、濺射、印制板燒傷及阻焊膜起泡等現(xiàn)象。

（2）結合GJB362B和QJ831B對層壓板的要求，印制板組裝件焊接后印制板對白斑的要求應無斑點，無白斑和裂紋。

??PCBA制造裝配焊接過程中的工藝質量控制

PCBA制造裝配焊接過程中的工藝質量控制直接關系到PCBA組裝焊接后的清洗工藝選擇和清洗效果。前者是“因”，后者是“果”。

我們通過對PCBA污染物的來源的分析了解到，PCBA污染物的來源主要是通過元器件引線、裝聯(lián)操作、助焊劑、焊接過程和工作環(huán)境等五個途徑產(chǎn)生的，強化對上述五個產(chǎn)生污染源的工藝質量控制將直接影響后續(xù)工藝的清洗質量。

過程控制比事后清洗更重要！

（一）與清潔度有關的元器件和PCB物料質量控制

1.元器件和PCB的可清洗性

（1）PCB：PCB的制造質量應符合QJ201和QJ831中相關化學性能的要求，PCB上標志油墨或涂料不應有物理損傷，標志仍應清晰可辨。

（2）元器件：GJB3243規(guī)定，元器件應能承受40℃的清洗液中至少浸泡4min。

2.通用元器件管理

（1）入庫驗收

驗收時不應裸手觸摸元器件的引線、焊端、連接片、導線等，以免影響元器件的可焊性。

（2）儲存

1）庫房內(nèi)應標志明顯、存放合理、排列有序、安全、整潔；存放環(huán)境應無腐蝕性氣體，存放溫度25℃±5℃、相對濕度55％～70％；溫濕度應有記錄；

2）元器件儲存期：元器件儲存期計算按QJ 2227A的規(guī)定，其儲存期按照本要求規(guī)定的儲存環(huán)境條件，參照QJ 2227A執(zhí)行；

3）超出儲存期的元器件應從元器件庫中分離出來，進行電氣性能指標和元器件引線或焊端的可焊性、共面性等工藝性測試，滿足要求方可使用。

（3）出庫配送

1）元器件出庫使用時，應復查是否在貯存有效期內(nèi)。

2）出庫清點數(shù)量時不可用裸露的手觸摸元器件的可焊端。

3. PCB管理

（1）入庫驗收

1）印制板的標識、外觀、加工質量、表面涂層、圖形是否符合有關規(guī)范的規(guī)定，數(shù)量、規(guī)格是否符合采購文件規(guī)定，是否有有效日期及合格證明文件；

2）PCB等級、PCB金屬化孔的可焊性、PCB表面焊盤的可焊性、PCB的耐熱性、PCB阻焊層、外包裝及開封日期。

（2）儲存

1）PCB復驗合格后應進行真空包裝，或采用防潮紙袋（或聚乙烯塑料袋）包裝后放入電子干燥柜中儲存。

2）PCB應在無腐蝕性氣體的環(huán)境下密封儲存，存放溫度25℃±5℃、相對濕度55％～70％；

3）在規(guī)定的儲存條件下，自出廠日期起，阻燃的環(huán)氧樹脂紡織玻璃布基材（FR4）保存期限一般要求為6個月；對于超過庫存期限的，應參照GJB4896，按3級板的要求重新進行性能試驗，合格或經(jīng)過適當處理后合格的仍可繼續(xù)使用；

4）打開包裝配送后剩余的PCB板，應及時重新裝袋密封儲存；

5）對超過庫存期限的，應重新進行性能試驗，合格或經(jīng)適當處理后合格的仍可繼續(xù)使用；

6）PCB的配、發(fā)料應遵循“先進先出”的原則，出庫時應檢查其是否在貯存有效期內(nèi)；

7）配送過程中應防止受潮、受熱、烈日直曬、雨淋、接觸化學物品、機械損傷和重物堆壓等。

（二）與清潔度有關的PCBA裝配焊接環(huán)境要求

電氣裝配環(huán)境應干凈整潔，通風良好，物理環(huán)境條件應滿足下述要求：

1.溫度：25℃±5℃；

2.濕度：相對濕度為30％～75％；相對濕度低于30％時，應采取更嚴格的

措施，防止靜電放電敏感器件性能劣化和破壞；

3.照明：工作場地有良好的照明條件，一般工作臺臺面的光照度不低于500 lx，精密產(chǎn)品安裝工作場地的光照度不低于750 lx；手工焊接的工作面和檢驗崗位的光照度應至少為1000lx。

4.潔凈度：工作場地應整潔干凈，潔凈度按安裝要求和產(chǎn)品精密程度有所區(qū)別，對精密產(chǎn)品安裝工作場地的潔凈度不低于10萬級。

5.廠房內(nèi)應劃分工作區(qū)和非工作區(qū)，嚴禁無關人員進入工作區(qū)。

6.工作場地不得放置與生產(chǎn)無關的任何物品。

（三）與清潔度有關的PCBA裝配焊接生產(chǎn)過程清潔度控制

1.元器件

（1）電子元器件在測試、烘烤 、周轉和安裝過程中應避免靜電損傷、引線扭曲和變形；元器件包裝開封后應在48h內(nèi)焊接。

（2）成形前后禁止裸手觸摸元器件引線。

（3）剪切多余導線或引線應使用留屑鉗。

2.印制板

（1）印制板在裝配前48h開封，在符合組件焊接環(huán)境要求的條件下，對拆除包裝進入生產(chǎn)線的PCB，應在48h內(nèi)完成全部焊接工序；

（2）打開包裝后在空氣中暴露的時間超過允許的暴露時間時，需對PCB板進行工藝性烘烤，烘烤條件為：烘烤溫度120℃±5℃，烘烤時間4h~6h；

（3）組裝前操作者應對PCB進行復查，對于印制焊盤氧化嚴重、加工質量低劣、表面污染嚴重的PCB不得進行裝配，按不合格品處理；

（4）對于放置時間較長、表面較臟的PCB，在焊接前須用醮有航空汽油的脫脂棉球擠干后清洗2次～3次，室溫晾干，以確保PCB焊接前表面清潔、干凈。

3.多余物

（1）所有鉆孔、銼、砂紙打磨等非電裝工作都應在元器件安裝前進行完畢。裝配過程中不允許再機械加工；如必須加工，應規(guī)定專門的工藝措施及加工場地，以及預防和控制多余物的方法。如遇特殊情況，應經(jīng)有關部門批準并采取防止多余物措施，才能進行非電裝工作。

（2）應根據(jù)產(chǎn)品的特點和要求，識別多余物的來源和產(chǎn)生過程，制定并執(zhí)行多余物控制措施，以有效地預防和控制多余物。

（3）工藝設計應將預防多余物的要求編入工藝規(guī)程，并合理地選擇工藝方法和工藝流程。

（4）當接收物料時，應檢查其表面有無銹蝕、發(fā)霉、氧化、老化、裂紋、劃傷、折痕、起皮、毛刺及余屑等。

（5）焊接后應徹底清除多余焊劑及氧化層，去除殘留物。

（6）工作臺面要整潔，應及時去除焊錫、碎屑等多余物；應及時清理多余的料帶和料盤，并存放在規(guī)定地點，焊膏使用后也必須及時清理封存。

（7）在生產(chǎn)區(qū)域的適宜位置設置裝多余物的容器，專人負責。

4.半成品

（1）元器件被安裝在印制板上，組裝焊接前搬動、運送和加工的方式應防止對合格的焊點造成有害影響。焊接完成后，組裝件應充分冷卻，焊料固化后再進行搬動以防止焊料熱裂。

（2）PCBA、半成品的傳送應采用防靜電盒、防靜電周轉箱、防靜電周轉車，傳送過程中不應相互碰撞、摩擦，保護物料不受損傷。

（3）因缺料安裝或其它原因，不能一次焊接完成的PCBA，必須清洗干凈后放入防靜電包裝袋和PCBA插裝架，放置在電子干燥柜里儲存保管。

5.助焊劑選擇

選擇松香型免清洗助焊劑。助焊劑應采用符合GB9491中規(guī)定的R型或RMA型助焊劑，如使用RA型助焊劑應得到有關部門批準。

液體助焊劑也可用氫化松香加無水乙醇進行配制，然后作為搪錫和焊接時使用，參考配比為: 氫化松香:無水乙醇＝3:7。

（1）助焊劑一般要求

助焊劑應具有一定的化學活性、良好的潤濕性，對焊料的擴展具有促進作用，留存于基板的焊劑殘余物對基板無腐蝕性，具有良好的清洗性，氯的含有量在規(guī)定的范圍內(nèi)。

（2）推薦使用松香基、無鹵素、低活性助焊劑，即R型。特定條件下，可使用中等活性無鹵素松香基助焊劑（RMA型），免清洗工藝應選用松香（RO）、樹脂（RE）、有機（IN）助焊劑無鹵素中低活性助焊劑。

（3）外觀

助焊劑外觀應均勻一致、透明，無沉淀物及渾濁、分層現(xiàn)象，無異物；在有效保存期內(nèi)，其顏色不應發(fā)生變化。

（4）物理化學特性的要求

1）黏度和比重比熔融焊料小，容易被置換；

2）助焊劑的比重可以用溶劑來稀釋，密度在23℃時應為0.8g/cm3~0.95g/cm3；

3）表面張力比焊料小，潤濕擴展速度比熔融焊料快，擴展率不小于90%；

4）熔點比焊料低，在焊料熔化之前助焊劑應先熔化；

5）不揮發(fā)物含量應不大于15%，焊接時不產(chǎn)生焊珠飛濺，也不應產(chǎn)生害氣或刺激性氣味；

6）焊后殘留物少，且不應有侵蝕性、吸濕性和高導電率，表面的白色粉末易于清洗去除；

7）焊接后應無粘性，不沾手；

8）熱穩(wěn)定性好；在常溫下儲存穩(wěn)定；

9）化學活性滿足應用要求（能有效除去基底金屬和釬料表面的氧化膜）；化學反應迅速。

（5）理化指標符合GB/T 9491 錫焊用液態(tài)焊劑

（松香基）的要求；

（6）焊料芯內(nèi)的助焊劑應是中等活性松香焊劑。

（7）助焊劑配置

1）配方：氫化松香：無水乙醇=30%：70%（重量比）

2）配制方法：將氫化松香先搗碎倒入燒杯，再按比例倒入無水乙醇，然后用玻璃棍攪拌至完全溶解為止，再裝入玻璃瓶內(nèi)，加蓋密封存放，并注明配制日期，使用時用比重計檢驗調(diào)整合格。

6.裝配焊接

（1）電裝焊接過程必須戴白色手套操作，無論是操作工人、管理者或參觀者都不得用裸手直接接觸PCBA。即使戴了手套也不允許與PCB表面和元器件直接接觸，而應該如圖11所示。

（2）助焊劑使用適量，助焊劑過多有害無益。

應該正確認識手工焊接中助焊劑的作用。

在手工焊接中，助焊劑是保證高質量焊接必不可少的關鍵因素之一；起到除去金屬被焊表面的氧化物和污染物、防止清潔過的金屬在暴露于氧氣中使金屬表面不被再次氧化以及輔助烙鐵頭的熱量傳遞到被焊金屬的三大作用。見圖12。

圖12?助焊劑在焊料熔化前浸潤焊盤及金屬化孔

圖13 ?在助焊劑潤濕作用下，焊料擴散到焊盤及金屬化孔形成良好的焊點

在助焊劑潤濕作用下，焊料擴散到焊盤及金屬化孔形成良好的焊點見圖13；然而，在焊接中過多的使用助焊劑恰是有害的：

1）助焊劑使用過量會引發(fā)長期的可靠性問題；

2）影響在線測試儀針床的接觸；

3）太多的助焊劑會產(chǎn)生電子遷移，即金屬須；

4）會產(chǎn)生更多的助焊劑殘留物，影響清洗的效果。

在手工焊接中產(chǎn)生過多使用助焊劑的主要原因，一是PCB焊盤和元器件引腳/焊端氧化，工人借助助焊劑去除PCB和元器件焊盤氧化物；二是操作人員誤認為助焊劑多用些有利于加快焊接速度。因此，確保PCB焊盤和元器件引腳/焊端的可焊性是減少助焊劑殘余物的有效手段之一。

（3）使用帶助焊劑的焊絲，盡可能避免使用其它助焊劑。

（4）嚴禁甩錫，防止產(chǎn)生多余物。

PCBA清洗后潔凈度要求

1.潔凈度需要考慮的因素 （1）終端使用環(huán)境（航天、醫(yī)療、軍事、汽車、信息科技等）。 （2）產(chǎn)品的設計/服役周期（90天、3年、20年、50年、保質期+1天）。 （3）涉及的技術（高頻、高阻抗、電源）。 （4）失效現(xiàn)象與標準所定義的終端產(chǎn)品1、2、3級相對應的產(chǎn)品（例如：???移動電話、心率調(diào)整器）。?

2.潔凈度指標要求

（1）按GJB3838-1999《表面安裝印制電路板組裝件通用要求》

表面安裝的印制電路板組裝件按GB4677.22的方法進行檢測時，萃取溶液的電阻率應不小于2×106Ωm，同時應符合以下要求：

1）組裝件清洗后表面清潔，無助焊劑殘留物，但允許有免清洗焊劑殘留物（除非組裝件進行敷形涂覆）。

2）組裝件清潔，無固態(tài)顆粒

3）表面清潔，無氯化物和碳酸鹽

4）表面無指印痕或指痕僅在組裝件邊緣的非導電區(qū)表面上。

5）金屬表面清潔，有光澤，無腐蝕。 ?

6）無白色殘留物

（2）按?SJ20883-2003《印制電路板組件裝焊后的清潔度檢測及分級》規(guī)定

SJ20883-2003對印制電路板組件裝焊后的清潔度的規(guī)定：

表1

1）殘余離子：按GB4677.22的方法進行檢測，清洗后的PCBA上所包含的氯化鈉等價離子或可離子化的助焊劑殘留物應不大于1.56μg/cm2。

2）殘余松香：采用儀器檢測：按GB 4677.22的方法進行檢測，三級電子產(chǎn)品：殘余松香總量應不大于40μg/cm2；采用目視檢測，三級電子產(chǎn)品：元器件四周應無殘余松香。

3）表面絕緣電阻：按GB4677.22的方法進行檢測，清洗后印制板組裝件表面絕緣電阻應不小于100MΩ。

表2 電子產(chǎn)品清洗等級及潔凈度標準

（3）按?QJ165B-2014《航天電子電氣產(chǎn)品安裝通用要求》離子污染度1.56ug（NaCl）/cm2；絕緣電阻值不小于100兆歐。

（4）國外標準

1）美國軍標MIL-P-28809規(guī)定離子污染度含量為2.1ugNaCl/cm2。

2）美國ANSI/J-STD-001B《工業(yè)連接標準-電子和電子的裝配焊接要求》規(guī)定離子污染度含量為<1.5 ugNaCl/cm2。

3）美國《焊接工藝規(guī)定的離子污染物含量值》使用再流焊、波峰焊時<9.4 ugNaCl/cm2。

4）IPC-610E的規(guī)定

清潔，無可見殘留物。潔凈，無顆粒物。無可見氯化物、碳酸鹽和白色殘留物。免洗工藝外觀助焊劑殘留物—助焊劑殘留在非公共焊盤、元器件引線或導體上，或其周圍，或跨接在它們之間；助焊劑殘留物不妨礙目視檢查；助捍劑殘留物不妨礙接近組件的測試點。表面外觀：清潔的金屬表面輕微的轉暗。

3.沒有污染物

4.對元器件和PCB不產(chǎn)生損傷，例如元器件和PCB上字符脫落及損傷等。

5.綠色環(huán)保無污染零排放

PCBA焊接后清洗，不僅要保證上述要求，而且要求清洗工藝綠色環(huán)保，清洗液為無污染，零排放，不應對人員和設備造成損傷，不破壞生態(tài)環(huán)境。清洗不合格見圖14。

圖14 ?清洗不合格示例

? ? ? ? ? ? ? ??PCBA清洗工藝設計

1.PCBA設備清洗工藝的可制造性設計（DFM）

PCBA設備清洗工藝的設計需要從DFM源頭開始進行。

（1）元件的最佳排列方向與最小的元件貼放間距；

（2）元器件之間，元器件和PCB之間應有一定的間隔，確保清洗液能夠流動。

（3）噴射元件底部污染物的最小障礙；

（4）清洗化學劑的高能噴射器的使用；

（5）沖刷（液態(tài)顆粒小于元件與板層之間的空間）用的微細噴霧器的使用

（6）消除“陰影”的措施。較高的元件放置在離噴霧嘴最遠的位置；無源片式與圓柱形元件的長軸垂直于噴霧方向；雙排和短引腳的集成電路（SOIC）元件的長邊沿噴霧方向放置；正方形扁平封裝QFP、陶瓷芯片載體LCCC等元件的排列方向，應使其主邊與噴霧方向成垂直。

2.PCBA設備清洗工藝基本步驟

PCBA設備清洗工藝基本步驟見圖15。

圖15??PCBA設備清洗工藝基本步驟

3.選擇清洗工藝方法需要考慮的因素

（1）電子產(chǎn)品的種類范圍，見表2

（2）產(chǎn)品的使用環(huán)境

當電子產(chǎn)品經(jīng)常處于高溫、高濕惡劣條件下工作時，必須嚴格清洗，嚴格控制離子污染度。

（3）焊接工藝方法

不同的助焊劑應選用不同的清洗工藝方法。例如：對于水溶性焊劑可選用水清洗、皂化劑清洗；對于松香型焊劑（包括R、RMA、RA等）可選用有機溶劑（乙醇等）、皂化液、水溶劑清洗。

（4）產(chǎn)品設計及結構特點

不同的結構設計、不同密度的表面貼裝工藝應選擇不同的清洗方法。對于小間距、高密度的表面組裝件，應有較高的清潔度要求，并考慮元器件、組件的各種材料與清洗溶劑的相容性，保證不會受到損壞和損傷。PCBA的安裝密度不同，清洗方法也應不同；尤其對于底部與PCB接觸面較大并且高度很低的元器件的清洗（例如BGA及大型電連接器等）顯得較為困難。

（5）清洗成本

清洗工藝方案的選擇與產(chǎn)品的生產(chǎn)批量有著直接的關系，一般情況下，設備清洗僅僅使用在產(chǎn)品的批量生產(chǎn)或對產(chǎn)品有特殊需要的場合。對于產(chǎn)量不大，單件或幾十、上百件產(chǎn)品，選擇設備清洗成本太高；此時可選擇手工二次清洗方式，即產(chǎn)品電裝后先選擇合適的清洗劑用手工進行第一次清洗，待產(chǎn)品調(diào)試合格進行三防處理前再用去離子水徹底清洗，實踐證明，此方法也不失為一種選擇。在滿足清洗質量的前提下，盡量降低清洗費用。

（6）環(huán)保法規(guī)的制約

清洗工藝方案的選擇要考慮到環(huán)保因素，既要考慮對人體有無副作用，又要關注清洗后的污垢對環(huán)境的影響，這兩條都必須滿足環(huán)保法規(guī)的要求。

4.清洗劑選擇

選擇清洗液時，除了應考慮污染物的類型，還要注意：清洗液必須與元器件封裝、PCB表面、金屬鍍層、鋁鍍層、標簽、絲印和字跡等材料相容，某些特殊的部件還需考慮能否經(jīng)受清洗。

4.1清洗劑的要求與特性

（1）清洗劑的溶解性

對污染物有較強的溶解能力，能有效的溶解和去除污染雜質，不留殘跡和斑痕；

（2）清洗劑的兼容性

與設備和元器件有良好的兼容性，不腐蝕設備和元器件，操作簡便；

（3）清洗劑的穿透性

表面張力低，有利于穿透元件與基板間的狹窄縫隙，能在滿足GJB3243規(guī)定的40℃清洗溫度及4min時間內(nèi)達到預期的清洗效果，清洗效率高；

（4）清洗劑的安全性

清洗溶劑應具有安全、無毒或低毒等特性，可操作性能良好，對解除材料無腐蝕或弱腐蝕，并具有不燃性和低毒性；其人體接觸允許最低限度（TWA值）必須符合規(guī)定；

（5）清洗溶劑的化學性能和熱穩(wěn)定性良好，在貯存和使用期間不發(fā)生分解，不與其他物質發(fā)生化學反應；

（6）不燃、不爆，物理化學性能穩(wěn)定；

（7）性價比高，耗用量小，易于回收利用；

（8）對環(huán)境無害，為非ODS物質。

4.2手工清洗清洗劑選用

應根據(jù)不同清洗對象選擇相應的清洗溶劑。常用的溶劑有120#航空洗滌汽油、無水乙醇、去離子水、異丙醇、正溴丙烷等?；瘜W試劑非芯片類產(chǎn)品應選分析純以上級別，芯片類產(chǎn)品應選MOS級別進行清洗。

4.3清洗劑的種類

（1）禁限用清洗劑

1）CFC清洗劑

以往，在PCBA的清洗中我們曾廣泛使用CFC清洗劑，CFC清洗劑以CFC-113為主要成分。

CFC-113（即氯氟烴溶液）曾廣泛應用于PCB組裝焊接的清洗工序，是清洗松香型焊劑及油脂殘留物的優(yōu)良溶劑，其主要特點是清洗性能好，去污性強；清洗、干燥溫度低，清洗速度快；化學穩(wěn)定性好，相容性好。

CFC-113是電子清洗領域的理想溶劑，但由于CFC-113的主要成分是氟里昂（Freon），對大氣臭氧層起到破壞作用，已被聯(lián)合國列為第一類禁用物質，將于2010年被完全禁止使用，1987年我國政府已經(jīng)在《關于消耗臭氧層物質蒙特利爾議定書》上簽字，1991年加入《蒙特利爾議定書》倫敦修定案，承諾2005年停止使用ODS清洗劑。

2）限用清洗劑

近年來開發(fā)出了取代CFC-113的過渡性質—含氫氯氟烴HCFC和含氯氟烴HFC；HCFC和HFC與CFC-113相比，只是降低了對大氣臭氧層起到破壞作用，也將在2030年被完全禁止使用，因此國際上正集中精力開發(fā)非ODS清洗劑。

（2）綠色清洗劑—非ODS清洗劑

1）水基清洗劑；

2）烴類清洗劑；例如Axarel系列，EC-7系列等；

Axarel系列清洗劑是由美國Du Pont公司開發(fā)的清洗劑，在半水清洗中使用最多。Axarel系列清洗劑具有無異味，閃點高，毒性低，對松香溶解能力強，去除離子污染物的能力較強，工藝設備簡單等優(yōu)點。

BIOACT EC-7和BIOACT EC-ULTRA是由美國Petroferm公司開發(fā)的清洗劑，是一種從柑桔皮中提取出來的萜烯類有機物，是一種無毒性、無氯、無ODS、對金屬不腐蝕的清洗劑，能溶解松香焊劑。它的缺點是閃點低，氣味不佳，用它清洗后還需要用純水漂洗再烘干，成本較高。

3）萜烯類清洗劑

例如BIOACT ?EC-7和BIOACT EC-ULTRA是由美國Petroferm公司開發(fā)的清洗劑，是一種從柑桔皮中提取出來的萜烯類有機物，是一種無毒性、無氯、無ODS、對金屬不腐蝕的清洗劑，能溶解松香焊劑。它的缺點是閃點低，氣味不佳，用它清洗后還需要用純水漂洗再烘干，成本較高。

4）醇類清洗劑，例如乙醇、異丙醇等；

無水乙醇是大部分軍工單位進行手工清洗的主要清洗劑。其主要特點是清洗速度快，揮發(fā)快，但無水乙醇屬于易燃易爆物質，不能作為自動清洗使用，安全性差；同時由于無水乙醇清洗后PCB板面發(fā)白，在部分單位已經(jīng)淘汰。

5）120#航空洗滌汽油；

120#航空洗滌汽油作為清洗劑已經(jīng)應用多年，2003年被航天標準列為PCB板清洗劑，與無水乙醇相比，120#航空洗滌汽油清洗后具有PCB板面不發(fā)白的優(yōu)點。

6）酮類清洗劑；

7）脂類清洗劑；

8）醚類清洗劑。?

5.清洗方法選擇

清洗工藝方法的選擇。通常根據(jù)助焊劑的類型確定。助焊劑不同，焊接后殘留物的物理、化學性質也不相同，其清洗難度也不一樣。因此要根據(jù)所使用的助焊劑，選擇不同的清洗劑和清洗方法。見圖16。

圖16??常用助焊劑可選擇的清洗方法

6.清洗工藝過程控制要求

（1）松香型助焊劑焊后盡量在當天完成清洗；

（2）水溶性助焊劑對焊點有腐蝕作用，焊接后必須立即清洗，最多不超過1h；

（3）清洗后立即用水溶性助焊劑和水溶性焊錫絲修板；

（4）修過的PCBA必須在1h內(nèi)再清洗；

（5）然后進行檢驗和測試（不合格的再修板，再清洗，再檢驗）

（6）性能指標合格的PCBA還需要清洗、烘干，做三防處理。

要求整個焊接、清洗和三防工藝應在一個班上完成。連貫起來做，對提高質量和合格產(chǎn)品直通率有好處。

小批量（單塊、單批次）多品種PCBA手工清洗

小批量（單塊、單批次）多品種PCBA焊接后手工清洗看似簡單卻也有如何才能真正有效的清洗干凈的考慮。

1.PCBA手工清洗方法工藝設計

PCBA 從電裝完成到其最終交付至少需經(jīng)過四次清洗過程：

第一次是在電裝焊接完成后，工人就會按工藝規(guī)程進行清洗，然后交給質量檢驗人員進行檢驗，是為及時清除焊接過程中焊膏焊劑的殘留；第一次清洗是100%清洗。

第二次是在產(chǎn)品第一次檢驗后。目前我們的一次通過率不可能達到 100%，返工返修（或電裝整修）在所難免，例如焊點修整等，這樣即使在調(diào)試前就至少有 1~2 次清洗；

第三次是在調(diào)試后；PCBA電裝檢驗合格交設計人員進行調(diào)試，存在元器件更換和焊點修整，這就會產(chǎn)生第三次清洗；然后把基本干凈的，滿足 IPC 要求的PCBA交給化工部門，進行三防前的徹底清洗，滿足軍品要求，然后進行三防處理。

第二次和第三次是局部清洗。

第四次清洗是在三防噴涂前的徹底清洗，一般情況下，完成焊接后的模塊先進行調(diào)試，確保無故障后，再經(jīng)三防處理后進行相關環(huán)境試驗。由于在單板調(diào)試、整機裝配等過程中會引入沾污，因此在三防前還需要作第四次清洗”。??

（1）PCBA設計（DFM）—電裝焊接—清洗—三防—返修五道程序步步相扣，前后銜接，形成一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

（2）PCBA手工焊接焊后立即“逐點清洗”。

（3）自動焊接后確保焊后1小時內(nèi)清洗。

（4）調(diào)試后返工返修后也采取逐點清洗。

這樣做的優(yōu)點是到三防前清洗時，PCBA基本上是干凈的，達到按一般民用產(chǎn)品已經(jīng)不需要清洗的清潔度。針對產(chǎn)品的使用要求，還必須在三防前進行一次徹底的清洗，以滿足 SJ20883的1.56NaCl/cm2?潔凈度的要求。

（5）三防處理過的PCBA需要電裝返工返修的，首先由電裝工藝人員編制電裝返工返修工藝規(guī)程卡，交付化工工藝人員編制三防漆清除工藝，并由操作人員實施；三防漆清除干凈后，再又電裝工人按電裝返工返修工藝規(guī)程進行返工返修，逐點清洗；然后再移交化工工藝進行三防處理。 所以是一個嚴格的工藝過程控制。單純的考量清洗和三防，難免會出質量問題。

（6）關于PCBA焊接后的清洗，應考慮助焊劑的化學特性，焊接方式，清洗方式和清洗概率。

（7）無論采用哪一種助焊劑，包括免清洗助焊劑、松香助焊劑，都必須100%清洗。

（8）單件，小批次的PCBA手工焊接，焊接后逐點清洗，如集中清洗，焊接到清洗的時間間隔控制在1 小時內(nèi)清洗效果最好，如等到助焊劑徹底硬化，清洗要困難的多；如果采用自動焊（波峰焊或再流焊），應選擇自動清洗。

（9）PCBA手工清洗建議用120#航空洗滌汽油進行焊接后逐點清洗，效果遠遠好于用乙醇清洗，不會產(chǎn)生用乙醇清洗那樣的白色污染物，同時，120#航空洗滌汽油清洗PCBA也已列入航天標準，其余操作方法與使用乙醇一致。

（10）使用自動焊接后的清洗和三防前的徹底清洗的清洗劑的選擇

如果要確保潔凈度滿足1.56NaCl/cm2，又要達到綠色環(huán)保無公害及零排放這些要求，建議選用美國DUPOUT公司的AXAREL-32或AXAREL-36清洗液。

（11）為什么選擇“逐點清洗”

手工清洗有逐點清洗，整板刷洗，整板泡洗......。后兩種的弊病很多，例如不適合非密封器件，不適宜涂有硅脂的PCBA，而且會使污染擴大化—因為首次清洗的板子是很臟的?！爸瘘c清洗”名義上聽起來不可取，實際上正是解決了上述整板刷洗，整板泡洗的缺陷；在 PCBA不干凈的情況下，避免污染擴大化，為后面的三防前的徹底清洗創(chuàng)造條件。”

（12）“逐點清洗”的把控

“逐點清洗”怎么把控？目的是既不要使殘余物固化給清洗造成困難，又要避免焊點未徹底冷卻就去清洗，導致焊點內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。例如，對于片式元件可以焊幾個清洗，QFP可以焊一側清洗另一側等。我們電裝輔助材料的選擇應進行優(yōu)化設計，例如，助焊劑的化學特性，無非是松香樹脂型，有機型和無機型幾種；如果焊膏里的助焊劑選擇松香型免清洗助焊劑，而手工焊用有機類助焊劑，將對板子產(chǎn)生難以彌補的后果。我們在做方案時，把焊膏、焊絲、助焊劑和清洗劑選擇同一個公司，效果是非常好的。

“逐點清洗”不是焊一點清洗一點，也不是整塊板子或整批板子焊完后再”逐點清洗“，只要符合焊點自然冷卻了這個條件，操作工人焊完十點，然后“逐點清洗”可以，焊完二十點后“逐點清洗”也可以，但最長間隔時間不超過1小時—原則是盡可能縮短焊接到清洗之間的時間；通過實踐，我們的工人已經(jīng)體會到，越早清洗越好洗。如果我們把基本上不干凈的板子進行自動清洗，后患無窮，尤其對一些非密封器件，大量的污染物進入器件里面，怎么清洗干凈？

（13）培訓

由于新人不斷增加，部分產(chǎn)品外協(xié)，任務一多就會出現(xiàn)焊了一塊PCBA 或多塊PCBA后集中手工清洗的做法，給清洗增加難度；而我們的要求是第一次電裝焊接清洗后基板上滿足一般民品的潔凈度要求。因此，工藝人員每年至少2次對工人進行培訓，使其不僅“知其然，也知其所以然”。事實證明，這樣做以后給三防前的清洗提供了許多方便。對于PCBA的清洗，絕大部分企業(yè)問題都不大；問題出在由于清洗劑與助焊劑的不匹配，導致出現(xiàn)白色污染物；目前國內(nèi)在SMT清洗技術上還沒有徹底突破的是高密度BTC器件焊接后的清洗問題。

2.PCBA手工逐點清洗方法

（1）將無紡布或脫脂棉花擰成小棉球，其大小根據(jù)需要而定，并用120#航空洗滌汽油浸潤存放在玻璃瓶內(nèi)備用。

（2）元器件焊端/引腳焊接后，待焊點自然冷卻后逐點清洗；不允許用嘴吹和使用其它冷卻方法。

（3）所有焊點應在焊接完成1小時內(nèi)完成焊點清洗，防止由于裝焊結束到完成清洗之間的時間延長而導致增加清洗的難度甚至無法清洗干凈。

（4）用鑷子夾無紡布或棉球對焊點及殘余助焊劑及油垢、污物等雜質進行清洗。

（5）每次擦洗時無紡布或棉球上的120#航空洗滌汽油不宜過多，以防擴大清洗面積和在清洗時清洗液到處流散，特別是接插件、電子管座和半密封器件、塑料件等更要注意。

（6）擦洗過的無紡布或棉球應集中存放，以便于回收和保持工作臺的清潔。

（7）擦洗過的產(chǎn)品在室溫環(huán)境中自然晾干。

3.刷洗

（1）對于裝焊好的印制電路板，可斜放在搪瓷盤上用120#航空洗滌汽油用防靜電毛刷進行刷洗；不允許浸泡，并注意應及時更換清洗液，清洗完畢，將印制電路板立放，使其表面的120#航空洗滌汽油揮發(fā)晾干。

（2）手工刷洗只能粗略清除印制電路板上焊劑的作用，易產(chǎn)生靜電，容易損壞CMOS電路。

4.手工逐點清洗在電子設備單元模塊和整機電裝焊接中的應用

相對于PCBA可以選擇設備進行自動清洗，電子設備單元模塊和整機電裝焊接后只能選擇手工逐點清洗。例如眾多的射頻電纜組件中射頻電纜芯線與射頻連接器插針的焊后清洗，多芯電纜組件導線/電纜芯線與連接器接觸件的焊后清洗，電子設備單元模塊和整機無數(shù)導線芯線與PCBA金屬化孔的焊后清洗以及與其它電器器件之間的焊后清洗，都只能進行焊接后手工逐點清洗，而別無其他方法。

在實際操作中工藝人員和操作人員往往注重PCBA的焊后清洗，因為那是看得見的，而上述導線/電纜芯線與眾多電器器件之間焊后清潔度如何是“看不見”的。有的被安裝與部件內(nèi)部，例如射頻電纜組件的射頻頭和多芯電纜組件的連接器；有的焊接后被套上套管或熱縮套管熱縮封閉；但在一定的應力環(huán)境下，例如高溫高濕、鹽霧的環(huán)境下，同樣會產(chǎn)生腐蝕作用。

因此，我們更應該高度重視和強調(diào)電子設備單元模塊和整機電裝焊接后的焊后清洗，盡可能減少助焊劑殘余物。

? ? ? ? ? ? ? ? ?PCBA設備清洗工藝設計

與手工清洗一樣，PCBA的設備清洗同樣有著一個嚴格的過程控制，要求達到綠色環(huán)保無污染零排放。

1.溶劑清洗

首先應根據(jù)殘留物的類型選擇清洗溶劑，再此基礎上在選擇適合這種溶劑的清洗工藝方法。裝焊后常見的殘留物是焊劑、焊膏的氧化物與聚合物。

噴洗：在閉合容器中，清洗劑以一定的壓力形成的漂洗流在大氣中對被洗物進行沖洗；噴洗有批量清洗和連續(xù)清洗。

浸洗：在清洗槽中加入清洗液，將被清洗物浸潤其中的清洗方法；浸洗有噴流清洗、離心清洗和半水乳化清洗。

汽相清洗：應用汽相清洗機。

2.汽相清洗和半水清洗

按QJ165B的規(guī)定PCBA設備清洗推薦汽相清洗和半水清洗。

汽相清洗所采用的清洗劑必須符合國家規(guī)定的環(huán)保型清洗劑。

半水清洗適用于安裝密封元器件的PCBA的清洗。

不允許把超聲清洗使用于已經(jīng)安裝內(nèi)部有電氣連接點的元器件的PCBA的清洗。

3.嚴格控制焊接過程助焊劑殘留物

（1）嚴格控制再流焊焊接過程助焊劑殘留物及雜質

1）釬料殘渣

釬料殘渣是在再流焊焊接過程中焊膏受污染或變質或再流溫度曲線選擇不當所形成的小的球狀或不規(guī)則狀的釬料球。見圖17。

2）帶熱沉焊盤QFN等元器件的角部或邊中部位的焊劑聚集，造成原因是焊膏中固含量多，熱沉焊盤上焊膏多。見圖18。

圖17

圖18??焊點上覆蓋有很厚的焊劑

3）便于清潔的元器件最小離板高度

用于清潔的最小元器件離板高度是基于該元器件的對角線距離，這個尺寸意味著可能集聚污垢的元器件表面積和離板高度之間的相互關系。

（2）嚴格控制波峰焊焊接過程助焊劑殘留物及雜質，波峰焊焊接過程有一些常見的問題，例如板面臟、白色殘留物等。

1）助焊劑在PCB的元件面

由于PCB設計中存在大量過孔，尤其是在表面貼裝器件，例如SOIC、QFP、BGA等器件下面存在過孔，又沒有作塞孔處理，波峰焊時大量助焊劑通過過孔到達PCB元件面上SOIC、QFP、BGA等器件下面，給清洗造成困難。

解決措施為：PCB元件面上SOIC、QFP、BGA等器件下面的過孔按GJB4057的要求設計成盲孔、埋孔或作塞孔處理。

2）板面臟

板面臟主要是由于助焊劑固體含量高，涂覆量過多、預熱溫度過高或過低，或由于傳送帶PCB夾持抓太臟、焊料槽中氧化物及錫渣過多等原因造成。

解決措施為：選擇適當?shù)闹竸豢刂浦竸┩扛擦浚豢刂祁A熱溫度；檢查清洗PCB夾持抓的清潔效果；及時清理焊料槽表面的氧化物及錫渣。

助焊劑應優(yōu)選不含VOC的免清洗助焊劑，例如松香型免清洗助焊劑。

選擇先進的助焊劑噴霧涂覆方式，例如直接噴霧、旋篩噴霧、超聲霧化噴霧等，使助焊劑涂覆量達到最少，從而是焊接后PCB板面上的殘留物也更少甚至無殘留物。

正確設置預熱溫度能保證助焊劑最好的活性保證溶劑充分揮發(fā)，在PCB焊接面上的110℃時將驅動化學活性物質—催化劑，然后松香和其它化學物質變成液體，從分流過PCB整個焊接面。

預熱溫度過低，時間不足將造成PCB上留下較多的殘留物；助焊劑活性不能充分激活而造成潤濕性差；助焊劑分解不充分，引起氣體滯留，導致在波峰焊接中大量氣體放出造成錫珠，以及當液體溶劑到達波峰時產(chǎn)生釬料飛濺。預熱溫度過高，時間過長，將降低助焊劑在進入釬料波峰之前的化學活性和作用效果。

3）白色殘留物

在焊接或溶劑清洗后基板表面的白色殘留物通常是松香的殘留物。見圖19。

圖19 ??白色殘留物

①白色殘留物的形成原因

a）PCB制造過程中環(huán)氧樹脂及阻焊膜固化不完全；

b）基板制作過程中殘留雜質；

c）助焊劑與基板防氧化保護層不兼容；

d）基板制作過程中所使用的溶劑使基板材質發(fā)生變化；

e）助焊劑使用過就，暴露在空氣中吸收水汽發(fā)生劣化；

f）醇類清洗劑與松香酸發(fā)生作用生成松香脂而成為白色殘留物。

②解決措施

a）嚴格控制PCB的制造質量；

b）清洗劑必須與助焊劑相容；及時更新助焊劑；

c）縮短焊接與清洗之間的間隔時間；

d）清洗基板得得溶劑水分過高時而產(chǎn)生白色殘留物時，應及時更新溶劑。

4.清洗劑選擇

選擇烴類清洗劑，例如Axarel系列。

Axarel系列清洗劑是由美國Du Pont公司開發(fā)的清洗劑，在半水清洗中使用最多。Axarel系列清洗劑具有無異味，閃點高，毒性低，對松香溶解能力強，去除離子污染物的能力較強，工藝設備簡單等優(yōu)點。

5.清洗工藝

（1）水劑清洗工藝

水劑清洗工藝是以水作為清洗介質，并在水中添加表面活性劑、助劑、緩蝕劑等形成一系列以水為基的清洗劑。水劑清洗工藝的水是去離子水。

（2）半水清洗工藝

半水清洗是20世紀九十年代應用PCBA清洗的一種清洗技術，半水清洗是一種介于有機溶劑清洗和水劑清洗之間的清洗工藝。在清洗過程中，首先使用對助焊劑殘留物有較強溶解能力的有機溶劑清洗，然后用有機溶劑與水形成的乳化液進行乳化清洗，最后再用純水漂洗，所以也稱半水乳化清洗工藝。半水乳化清洗工藝尤其適合于樹脂類焊劑和清洗。它把半水清洗和水劑清洗結合起來，目前國內(nèi)已由多家企業(yè)由聯(lián)合國環(huán)保署援建的非ODS清洗示范項目采用半水乳化清洗。

1）半水乳化清洗工藝流程

見圖20。

圖20??半水乳化清洗工藝流程

2）主要材料

乳化清洗液選用美國DUPOUT公司的AXAREL-32或AXAREL-36清洗液。

配方：AXAREL-32: DⅠ=7~10%:93~90%，DⅠ的電阻率大于2兆歐.厘米。AXAREL-32或AXAREL-36清洗劑的理化性能見表6。

使用AXAREL-32或AXAREL-36作PCBA的半水乳化清洗工藝清洗液的優(yōu)點是潔凈度高，可重復使用，無 污染、零排放；缺點是清洗液較貴。

3）清洗設備

德國MB公司的Techigraf GmbH乳化半水清洗機。

美國ATT公司的ECD Emulsion Mode19700乳化半水清洗機。

這些設備的特點是：

a）功能齊全。具有乳化清洗系統(tǒng)、純水漂洗系統(tǒng)、熱風干燥系統(tǒng)、純水處理系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)，基本上可以達到“零排放”。

b）結構緊湊。清洗、漂洗、熱風、干燥都在一個工位內(nèi)完成，有上下二層清洗工件筐，一次可裝PCBA 1~2m2，最大PCBA為480×240mm2。

c）自動化程度高。全部按設定程序自動進行。

d）溶劑消耗少，清晰成本低，可連續(xù)反復使用。

e）清潔度高，滿足美軍標MIL-P-28809的要求。

4）乳化清洗機理

乳化清洗技術的機理是利用AXAREL-32或AXAREL-36清洗液的潤濕、浸透、溶解、乳化、擴散、防止再附著。利用設備的加溫、噴射，提高清洗效果，對于清洗PCA上的各種污染物清洗效果最好，能同時清洗掉免清洗焊劑和松香型焊劑的殘余物，無毒無害，安全性好。

6.半水乳化清洗工藝試驗

1999年，筆者開展了半水乳化清洗試驗。在試驗中，我們用AXAREL-32乳化清洗液作清洗試驗，應用于SMT混合組裝印制電路板組裝件，取得了令人滿意的效果。

（1）PCBA用波峰焊工藝焊接測試結果給出的結果由OMEGA-600SMD離子污染測定儀測定的。

SMT混合組裝印制電路板組裝件的離子污染度測定數(shù)據(jù)為2.0μgNaNl/cm2。符合美國軍標MIL-P-28809的要求。

測 試 結 果

OMEGA

METEL

600SMD

（metric）

14:51 HRS.-10/29/13

TEST RESULTS

RUN STATUS:PASS

RES. :12.86MΩ-cm

TIME:15min

VOL. :0.700ml

AREA:0488.5sq.cm

BD.#:0000000003

ALC.:83%

P/F.:02.1μg/sq.cm

TOTAL CONTAMINATION:

02.0μgNaNl/ sq.cm

（2）測試結果如圖17~圖19所示。

1）6#PCBA

6#PCBA為18×12=252?cm2???安裝密度：2.04腳/ cm3，含有18個IC及插座，其離子污染度最大值為2.72μgNaNl/cm2，鏡檢法檢定：PCBA正反面清潔光亮，如圖21所示。

圖21??6#PCBA離子污染度

2）1#PCBA

1#PCBA為15×10=150?cm2?安裝密度：2.51腳/ cm3，含有13個IC及插座，其離子污染度最大值為3.02μgNaNl/cm2，鏡檢法檢定：PCBA正反面清潔光亮，如圖22所示。

圖22??1#PCBA離子污染度

3）7#PCBA

1#PCBA為3×4=12?cm2???安裝密度：4.08腳/ cm3，無IC插座，其離子污染度最大值為0.49μgNaNl/cm2，鏡檢法檢定：PCBA正反面清潔光亮，如圖23所示。

圖23???7#PCBA離子污染度

4）從試驗結果看出，影響PCBA潔凈度的主要因素是元器件底面與PCB表面的接觸面積及其距離的高低，實踐證明在7#PCBA上安裝密度最高，但由于沒有IC插座，因此離子污染度最低；表明使用高密度細間距的CSP及多引腳電連接器時，清洗工藝將面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。

5）2003年成都中航161廠根據(jù)筆者的經(jīng)驗，用美國AQUEOUS-SMT系列清洗設備和AXAREL-32乳化清洗液作清洗試驗，取得了同樣滿意的效果。

（3）半水乳化清洗的成本及缺點

1）成本

由于AXAREL-32可反復使用，在潔凈度高于2.1μgNaNl/cm2的質量情況下，據(jù)已經(jīng)使用該項技術的單位統(tǒng)計，每塊印制板增加0.02元，與應用CFC-113項比較，在印制電路板組件數(shù)量相同的情況下，材料和能源每年增加2萬元成本。

2）缺點：由于半水乳化清洗應用純水作漂洗，因此需要烘干，必要時配備真空干燥箱。

7.多品種小批量PCBA產(chǎn)品應用半水乳化清洗工藝技術的應用實例

（1）皂化劑清洗

純水清洗、半水清洗或皂化劑清洗同屬于水清洗范疇，皂化劑清洗及半水乳化清洗適合于多品種小批量PCBA產(chǎn)品的清洗。

德國MB公司的Techigraf ?GmbH乳化半水清洗機和美國ATT公司的ECD Emulsion ?Mode19700乳化半水清洗機的清洗效果很好，但設備費用也十分昂貴。

應用美國AQUEOUS ?TECHNOLOGIES公司生產(chǎn)的AQUEOUS ??SMT系列清洗設備和PCB-Wash Flux Remover皂化劑對PCA進行清洗后，用該公司的ZI-100A離子污染測試儀進行檢測，檢測結果1#板的鈉鹽離子含量小于0.3μg/cm2，2#板的鈉鹽離子含量小于0.6μg/cm2，均大大小于美國軍標MIL-P-28809的要求，見圖24。

皂化清洗液的配方比例是：10%的皂化劑加90%的去離子水。去離子水用GB/T11446.1-1997規(guī)定的EW-Ⅲ電子級水，即3級去離子水，漂洗也是用3級電子水。

皂化清洗液的清洗效果很好，但皂化清洗液屬于堿性清洗液，會對鋁質封裝的元器件的外殼（例如電解鉭電容器的外殼）產(chǎn)生腐蝕。

（2）半水乳化清洗

半水乳化清洗可以選用AQUEOUS TECHNOLOGIES公司生產(chǎn)的AQUEOUS SMT系列清洗設備和DUPOUT公司的AXAREL-32清洗液。

清洗劑的配方是5%AXAREL-32清洗液加95%去離子水，也是用3級去離子水。

PCBA的助焊劑用RMA型。

清洗結果用英國Multicore CM-11離子污染儀進行檢測，檢測結果小于美國軍標MIL-P-28809規(guī)定1.56μgNaNl/cm2的要求。

?結語——由爬行腐蝕想起的

很長時間內(nèi)我們工藝人員基本上都停留在助焊劑殘余物對基板和元器件的腐蝕上。然而，爬行腐蝕產(chǎn)生的機理使我們認識到，只有進行三防處理才能有效抵御爬行腐蝕的發(fā)生；如果PCBA不進行清洗就不可能進行三防處理，由此就不可能有效的抵御環(huán)境中腐蝕性氣體和濕氣對PCB和元器件的侵蝕，就不可能有效的防止產(chǎn)生爬行腐蝕的可能性，因此，對PCBA進行100%清洗及三防處理越發(fā)顯得重要。

當前，PCBA-SMT技術越來越向高密度組裝方向發(fā)展，PCB上大量使用BGA、CSP、CCGA等BTC器件的比例越來越高；同時，隨著電子產(chǎn)品工作頻率的進一步拓展，微波、毫米波產(chǎn)品（腔體產(chǎn)品）的應用越來越廣，微組裝產(chǎn)品的使用更加頻繁......如何保證這些產(chǎn)品在應用環(huán)境下的可靠性，做好這些產(chǎn)品的焊后清洗和三防處理，需要我們深入研究和試驗。

編輯：黃飛

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