淺談pcba清洗

1、淺談PCBA清洗,單 位：深圳市合明科技,目 錄,PCBA清洗后干凈度檢測,PCBA污染物及影響,典型的PCBA清洗工藝,案例分享,,,,極性污染物,a.焊劑活性劑（有機(jī)酸、乙醇胺等）；b.汗液、手印；c.焊料浮渣；d.元器件和PCB表面氧化物。,非極性污染物,粒子污染物,1,2,3,a.焊劑中的松香及樹脂等殘留；b.高溫膠帶、膠黏劑殘留；c.皮膚指紋油脂；d.防氧化油等。,a.塵埃、煙霧、棉絨等；b.細(xì)珠、錫渣；c.靜電粒

2、子；d.鉆孔、沖孔操作中產(chǎn)生的玻璃纖維。,a.電遷移；b支晶生長；c.造成PCB線路、元器件引腳腐蝕，電路失效。,造成的危害,a.吸附灰塵、靜電粒子；b.引起導(dǎo)電不良；c.影響測試及接插件的可靠性。,a.加劇污染危害。,PCBA污染物分類,,,污染物產(chǎn)生的影響,PCBA污染物及其影響,,電遷移,2.電遷移發(fā)生的三個(gè)階段：路徑形成；初始化；樹枝狀生長控制電遷移的主要方法：積極控制板級的清潔度,1.電遷移影響因素,PCB

3、A污染物及其影響,枝晶產(chǎn)生的前提是金屬發(fā)生了腐蝕，并存在電場的影響。而Ag、Pb、Zn等金屬易于腐蝕，且在空氣中氧化腐蝕反應(yīng)的電極電位差小，可逆反應(yīng)的吉布斯自由能較小導(dǎo)致電遷移非常容易發(fā)生，因而銀的電遷移與枝晶的生長最容易發(fā)生。電遷移失效的PCBA在進(jìn)行必要的清洗后功能常?；謴?fù)正常。,圖1 銀遷移的光學(xué)照片,圖2 銀遷移的電子顯微鏡照片,圖4 典型的銀枝晶照片,圖3 典型的鉛枝晶照片,電遷移,PCBA污染物及其影響,（注：

4、此案例及圖片引用于工業(yè)和信息化部電子第五研究所）,電遷移引起的失效案例,在體式顯微鏡下對樣品失效位置進(jìn)行外觀檢查及電測發(fā)現(xiàn)：客戶反饋的失效點(diǎn)（A，B）之間的絕緣電阻值在45K Ω左右，失效區(qū)域的相鄰導(dǎo)線之間的板面上存在多處明顯白斑；而良品相同點(diǎn)之間的絕緣電阻值大于1010 Ω，板面未發(fā)現(xiàn)存在明顯的白斑異?，F(xiàn)象。經(jīng)過正常清洗之后，PCBA板面焊盤周圍無可見Flux殘留物，白斑區(qū)域是在產(chǎn)品組裝并使用一段時(shí)間之后才逐漸顯現(xiàn)，用溶劑清洗不掉。,

5、圖1 PCBA清洗前,圖3 出現(xiàn)白斑區(qū)域,PCBA污染物及其影響,（注：此案例及圖片引用于工業(yè)和信息化部電子第五研究所）,金相切片分析,白班發(fā)生區(qū)域,白班未發(fā)生區(qū)域,現(xiàn)象：切片發(fā)現(xiàn)白班區(qū)域的阻焊膜與基材之間存在明顯的空隙，空隙中的物質(zhì)含有Ni,Cu,Cl等等元素，而金屬電化學(xué)遷移的成分與之基本相同。其中含Ni元素和氯元素的物質(zhì)很可能來源于PCB阻焊膜印制前的處理液。,PCBA污染物及其影響,（注：此案例及圖片引用于工業(yè)和信息化部電子第五

6、研究所）,原因分析：PCB制程殘留液造成該處基材與阻焊膜之間結(jié)合不良而生成板面外觀上的白斑。產(chǎn)品組裝并使用時(shí)，相鄰導(dǎo)線在偏壓影響下，白斑區(qū)域的板面上會逐漸發(fā)生金屬離子性物質(zhì)的遷移，并在板面上出現(xiàn)樹枝狀鹽類沉積物并不斷蔓延伸展，導(dǎo)致相鄰導(dǎo)線之間的絕緣電阻值降低甚至短路。導(dǎo)線之間的金屬遷移是導(dǎo)致失效品微漏電的主要原因。,金相切片分析,PCBA污染物及其影響,電遷移引起的失效案例,引線框架支腳見的金屬梁,SEM照片,PCBA污染物及其影

7、響,外觀檢查,C,Cu,Ag,Sn,Co,蠕變腐蝕的產(chǎn)生：微型化、PCB表面處理、電路板的清潔度、有硫蠕變腐蝕傾向的場所。蠕變腐蝕不需要電磁場，XU和Fleming報(bào)道當(dāng)活性助焊劑在焊劑后沒有經(jīng)過清洗，蠕變腐蝕會在5天內(nèi)產(chǎn)生。,,PCBA污染物及其影響,（注：此案例及圖片引用于工業(yè)和信息化部電子第五研究所）,錫須生長,生長初期 小丘狀,生長期形態(tài),成形后錫須,錫須能使導(dǎo)線間有連橋?qū)е露搪?，?shí)驗(yàn)證明電路板清潔度會影響錫須的生長。污染的元

8、器件容易導(dǎo)致錫須的生長，干凈的元器件和組裝后清洗明顯降低了錫須形成的傾向。影響錫須生長的因素很多：底層材料、錫鍍層厚度、鎳鍍層厚度、外界因素（環(huán)境溫濕度、焊點(diǎn)密度、環(huán)境離子污染程度）等。,海洋腐蝕,電子產(chǎn)品進(jìn)入海洋環(huán)境面臨的含鹽空氣。,PCBA污染物及其影響,（注：此案例及圖片引用于工業(yè)和信息化部電子第五研究所）,目 錄,PCBA清洗后干凈度檢測,PCBA污染物及影響,典型的PCBA清洗工藝,案例分享,典型的PCBA清洗工藝,,典型的

9、PCBA清洗工藝,溶劑清洗工藝,批汽相清洗工藝,PCBA溶劑清洗工藝,設(shè)備特點(diǎn)※ 不燃性有機(jī)溶劑※ 蒸汽浴洗※ 超聲波清洗※ 噴淋清洗※ 蒸汽清洗※ 冷凍干燥,批汽相清洗設(shè)備優(yōu)勢※ 適合大批量連續(xù)生產(chǎn)等特點(diǎn)※ 設(shè)置冷排管，防止溶劑揮發(fā)※ 二級超聲清洗，滿足高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)※ 液溫加熱與自動(dòng)恒溫系統(tǒng)，溫控范圍為30-110℃※ 自動(dòng)補(bǔ)液，保證工作正?！?獨(dú)立回收系統(tǒng)，溶劑干凈,兩槽清洗結(jié)構(gòu)圖,四槽

10、清洗結(jié)構(gòu)圖,PCBA溶劑清洗工藝,其他清洗工藝,溶劑清洗工藝整合,,半水基清洗工藝,典型的PCBA清洗工藝,工藝參數(shù),典型的PCBA清洗工藝,在線清洗工藝,PCBA半水基清洗工藝,,,,,,,,,,,,,,,,,,蒸發(fā)損失,,,,,,,,,,,,,,,,,,,160℉,循環(huán)清洗,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,排出或者蒸發(fā)器,,DI水 2-3gpm,,洗滌,沖洗,干燥,在線清洗流程,,,,,,,,,,半水基清洗工藝特點(diǎn),超強(qiáng)清

11、洗力優(yōu)良的材料兼容性可批量清洗有機(jī)溶劑或可回收利用仍存在清洗安全隱患,,,PCBA生產(chǎn)制造用到的清洗工藝中，對于不同級別要求的產(chǎn)品，采用的助焊劑以及所經(jīng)過工序的差別，需采用的清洗工藝和設(shè)備也有所不同。目前水基清洗劑應(yīng)用在PCBA清洗工藝中，比較常見的清洗工藝有以下幾種：,批量清洗工藝,在線式清洗工藝,PCBA水基清洗工藝,典型的PCBA清洗工藝,,,,,,,,,PCBA在線清洗工藝,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

12、,,,,,,,,,,,,,,,預(yù)洗滌,循環(huán)洗滌,循環(huán)沖洗,化學(xué)隔離,最終沖洗,#1干燥段,#2紅外線干燥段,,,,,,,在線PCBA清洗過程的典型階段,工藝流程,入板,漂洗,最后噴淋,化學(xué)預(yù)洗,化學(xué)清洗,化學(xué)隔離,預(yù)漂洗,風(fēng)切干燥,烘干,典型的PCBA清洗工藝,全自動(dòng)在線清洗設(shè)備,,在線一次性完成清 洗、漂洗、烘干全部工序適合中高產(chǎn)量PCBA清洗,,,設(shè)備優(yōu)勢,適合大批量連續(xù)清洗降低企業(yè)綜合成本提高清洗作業(yè)效率徹底改善清洗環(huán)境,

13、設(shè)備特點(diǎn),,多槽漂洗保證PCBA板面的高潔凈度。,再次對PCBA進(jìn)行清洗，保障PCBA干凈度的同時(shí)，提高清洗劑的利用率。,對PCBA進(jìn)行粗清洗，去除大部分殘留。,第一槽漂洗去除板面粘附殘留物及清洗劑殘留。,熱風(fēng)風(fēng)切干燥，提高干燥效率，減少PCBA在烘箱內(nèi)的干燥時(shí)間。,批量清洗工藝,典型的PCBA清洗工藝,PCBA批量清洗設(shè)備,可批量清洗,成本控制,可用于清洗托高高度低，底部間隙狹小的組裝結(jié)構(gòu)。,品質(zhì)需求清洗在超聲波的有效性最佳溫度附近效

14、果最佳化。,,,1,2,3,4,設(shè)備特點(diǎn),目 錄,PCBA清洗后潔凈度檢測,PCBA污染物及影響,典型的PCBA清洗工藝,案例分享,,醫(yī)療,航天,汽車,網(wǎng)絡(luò),軍工,移動(dòng)設(shè)備,需要考慮的有如下幾方面的因素： 終端使用環(huán)境（航天、醫(yī)療、軍事、汽車、信息科技等）;產(chǎn)品的設(shè)計(jì)/服役周期（90天、3年、20年、50年、保質(zhì)期+1天）;涉及的技術(shù)（高頻、高阻抗、電源）;失效現(xiàn)象與標(biāo)準(zhǔn)所定義的終端產(chǎn)品1、2、3級相對應(yīng)的產(chǎn)品（例如: 移動(dòng)電話

15、、心率調(diào)整器）。,清潔程度要求,PCBA清洗后潔凈度檢測,,,測試方法,PCBA清洗后潔凈度檢測,目 錄,PCBA清洗后干凈度檢測,PCBA污染物及影響,典型的PCBA清洗工藝,案例分享,案例分享——油點(diǎn)現(xiàn)象,槽1: 型號為xx水基清洗劑360W超聲波20min(加熱50℃+汽泡),槽2: 鼓泡漂洗15min,槽3: 鼓泡漂洗超聲波360W/15min,,熱風(fēng)吹干6min,,,,烘烤120℃/15min,槽4: 鼓泡漂洗1

16、5min,,清洗工藝,清洗對象：攝像頭模組FPC,案例1：油點(diǎn)現(xiàn)象,案例分享——油點(diǎn)現(xiàn)象,清洗異?，F(xiàn)象 FPC清洗后有“油點(diǎn)”現(xiàn)象，實(shí)際測量部分“油點(diǎn)”的尺寸，最大的為0.3~0.4mm,一般尺寸為0.1~0.2mm左右，不良率達(dá)80%以上。,從工藝方面進(jìn)行分析FPC在批量清洗時(shí)需借助磁性治具使之“站立”在清洗籃中；治具會遮蓋FPC邊緣；客戶在漂洗段未開啟超聲波，僅用循環(huán)流水鼓泡方式，使治具遮蓋區(qū)域的殘留液不易從縫

17、隙中游離出來。工藝按照2槽超聲清洗+2槽以上超聲漂洗，即可解決因治具遮蓋引起的殘留液沾附問題。,原因分析,案例分享——油點(diǎn)現(xiàn)象,FPC磁性治具,FPC“站立”于清洗籃,原因分析,案例分享——油點(diǎn)現(xiàn)象,活性劑分子吸附,2. 從清洗劑作用原理進(jìn)行分析 殘留的油點(diǎn)屬頑固性非極性污染物，合明水基清洗劑W3000采用的復(fù)合相技術(shù)，存在以下幾種去污機(jī)理：非極性溶劑的相似相溶原理對油點(diǎn)進(jìn)行有效溶解形成溶液；復(fù)合相液中的功能性表面活性劑可

18、以將油點(diǎn)分散成細(xì)小的液滴且被水分子包裹，使其形成乳濁液存在于水中而不聚集?？乖俪练e技術(shù)避免了污染物的再度吸附。,FPC過SMT之后，對免洗錫膏殘留物進(jìn)行清洗，采用型號為xx水基清洗劑，超聲波頻率為28KHZ，清洗工藝如右圖所示。,案例分享——材料不兼容,案例2：材料不兼容,清洗槽2：超聲波360W，加熱50℃/10min,下料，烘箱110℃烘20min,漂洗槽1：超聲波360W，加熱50℃/15min,清洗槽1：超聲波360W，加熱5

19、0℃/10min,漂洗槽2：超聲波360W，15min,60℃熱風(fēng)風(fēng)切10min,,,,,,清洗對象：FPC,圖1： PCB過SMT后未清洗,圖2： 清洗前碳膜×40倍,,圖3 ：清洗10min后碳膜起泡,圖4：清洗20min后碳膜起泡、脫落,,,清洗10min后，碳膜開始出現(xiàn)起泡，清洗時(shí)間越長，碳膜起泡脫落越嚴(yán)重。免洗錫膏等殘留物能達(dá)到理想的清洗效果，如圖5。FPC制作所用碳膜和油墨屬敏感材質(zhì)，部分碳膜和油墨易脫落（圖3

20、、圖7）。,案例分享——材料不兼容,清洗異?，F(xiàn)象：,碳膜的多采用酚醛樹脂，其結(jié)構(gòu)上存在羥基與苯環(huán)直接相連,由于共軛效應(yīng),氧原子上未共享電子對移向苯環(huán)上而使氫原子易成H+, 它在堿溶液中與OH-作用,引起水解致使整個(gè)分子受破壞，同時(shí)高溫加速水解。文字油墨的主體是不形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或體型結(jié)構(gòu)的線型樹脂，此類樹脂是碳原子以直鏈形式連接，穩(wěn)定性差。溶劑對表面分子鏈先溶劑化，然后樹脂內(nèi)部逐步溶劑化，使油墨溶脹引起鼓泡或脫落。采用中性水基清洗或常溫

21、清洗可緩解碳膜和文字油墨等材料的破壞，在規(guī)定的清洗時(shí)限內(nèi)保持材料的完好性。,,,圖7：清洗后印字消失,圖6：FPC過SMT未清洗,圖5 焊盤清洗效果,原因分析:,,案例分享——碳膜和油墨起泡、脫落,PCBA水基清洗技術(shù),靜置水油兩相態(tài),非靜止復(fù)合相態(tài),以合明水基清洗劑W3000為例，結(jié)合了溶劑和表面活性劑技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的水基清洗技術(shù)，具有寬大的應(yīng)用窗口和從電子基材表面徹底去除所有污染物的能力。,,,,,溶劑,傳統(tǒng)表面活性劑,復(fù)合相變技術(shù),水基

22、清洗技術(shù)優(yōu)勢,水基清洗劑,,,,表面活性劑,,PCBA水基清洗技術(shù),水基清洗機(jī)理,以水為清洗介質(zhì)主體，采用復(fù)合相變技術(shù)，微相因子從基材表面去除污染物并將其轉(zhuǎn)移到周圍的水相環(huán)境中，污染物可以被簡單地從清洗液中過濾出來。,典型的PCBA清洗工藝,以機(jī)械力或加熱方式將微相因子激活；微相分子從基材表面去除污染物并將其轉(zhuǎn)移到水相環(huán)境中；將污染物從清洗劑中過濾出來，清洗劑具有極其長的使用壽命；無表面活性劑成分和無固含量配方使其不會在基材上留

23、下殘留物。極長的清洗壽命 能夠?yàn)橛脩籼峁┳罘€(wěn)定的工藝窗口；,清洗機(jī)制,溶液壽命和性能,,PCBA水基清洗技術(shù),清洗前,清洗后,清洗后,清洗前,清洗對象,清洗效果圖,,清洗前,清洗后,PCBA水基清洗技術(shù),1,2,3,4,1”,2”,3”,4”,清洗效果圖,企業(yè)資質(zhì),,國家級授權(quán)認(rèn)可獲ISO9001認(rèn)證 國家高新技術(shù)企業(yè) 多項(xiàng)產(chǎn)品發(fā)明專利獲科技部創(chuàng)新基金企業(yè) 廣東省電子學(xué)會SMT專委會會員 中國焊料協(xié)會焊錫料分會會員 無