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第15章 印制電路清洗技術(shù),現(xiàn)代印制電路原理和工藝,1,印制電路清洗技術(shù),,2,隨著電子工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)、外的很多企業(yè)已經(jīng)采用波峰焊和再流焊等工藝和設(shè)備，既提高了生產(chǎn)效率，又改進了焊接質(zhì)量，然而由于各種污染因素的存在，導(dǎo)致印制導(dǎo)線和元件引線的腐蝕、造成短路等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響印制電路的可靠性。因此，必須對各種印制電路及印制電路組件（PCA）（特別是軍品）進行嚴(yán)格的清洗。,3,15.1污染來源及危害,15.1.1印制電路污染的來源 印制電路在裝焊過程中的污染，主要來源于操作處理、焊劑的使用和焊接過程。其污染程度決于所用的技術(shù)和工作環(huán)境。周圍的溫度和濕度會加劇污染的危害，其危害程度取決于存放時間的長短和存放的環(huán)境條件。,4,印制電路污染的來源 1. 元、器件引線的污染 2. 印制電路裝配操作產(chǎn)生的污染 3. 焊劑的污染 4. 印制板組件焊接過程的污染 5. 工作環(huán)境的作用,5,15.1.2污染物的危害分析 1.化學(xué)污染的危害 最普通的化學(xué)污染會造成氧化腐蝕。由污染物作用造成印制板及組件腐蝕有很多種類型，如直接腐蝕、原電池腐蝕、裂隙腐蝕、脫鋅腐蝕、磨擦腐蝕和應(yīng)力腐蝕等。 2.物理污染的危害 主要是由于污染使印制板組件外觀損壞或由于濕氣的凝聚、吸收和吸附作用會引起從結(jié)構(gòu)材料里萃取水溶性和電離的物質(zhì)，形成離子化污染和溶解，進而活化潛在污染危害。,6,3. 機械污染的危害 在印制板表面與粘結(jié)劑界面，由于存在污染物，會產(chǎn)生較高的蒸氣壓或滲透壓，引起粘結(jié)劑與印制板界面脫離。還有金屬鍍層和污染的板面之間有不良的無機污染物，主要是氧化物，它使金屬焊盤在印制板上容易脫落。,7,4.光學(xué)污染的危害 在一些工廠使用的光敏電路中，一般常遇到印制板材料中揮發(fā)出的污染物再凝聚，空氣中的小顆粒、灰塵、木屑、花粉和其它環(huán)境中的污染物的沉降。 這些污染物對光的吸收或反射造成電路中信號的改變或終止等，還會使光透過性降低，減少了光通量，使電路的靈敏度降低。,8,15.1.3 污染物對電路性能的危害 印制板組件的化學(xué)的、物理的、機械的、光學(xué)的等污染引起的危害改變或終止了給定電路的正常工作和預(yù)期的信號傳送功能，造成導(dǎo)體通路的物理性中斷或由于導(dǎo)體接觸面氧化腐蝕作用，使配合導(dǎo)體間接觸電阻增加，最初導(dǎo)致發(fā)熱，進一步引起接觸部位的氧化，這些損害積累到一定程度就引起電路性能的改變，最終導(dǎo)致電路短路,9,15.1.4 清洗的必要性 由于污染的嚴(yán)重性，對于高精密、高質(zhì)量要求和處于惡劣環(huán)境的產(chǎn)品，印制電路在焊接后必須進行嚴(yán)格地、有效地清洗，以除掉助焊劑殘渣、防氧化油、焊料污染物和其它各種污染物，特別是助焊劑殘渣。消除這些因素的危害，一般來說，印制板清洗后其清潔程度應(yīng)滿足MIL-P-28809標(biāo)準(zhǔn)。,10,15.2.1 氟碳溶劑清洗的主要特點 1.脫脂能力強，工作潔凈度高 F-113 對油脂類污物的溶解性能特別好，其表面張力很小，對工件表面易潤濕,且F113比重大， 容易與污物分離。F113的蒸汽密度大，容易形成蒸汽層，尤其適于蒸汽脫脂（或叫汽相清洗）。由于蒸汽是無孔不入的，汽相環(huán)境是比較潔凈的，沒有二次污染，故清洗的潔凈度比較高。,15.2氟碳溶劑清洗,11,2.工件干燥溫度低，速度快 當(dāng)工件在溶劑蒸汽層中清洗，表面溫度達到蒸汽溫度（47.6℃）時，冷凝停止，表面不再滴液，此時工件已干燥，即可從清洗機中取出，進入下道工序或作三防處理。這與用酒精清洗不同。不必另行烘干或晾干。,12,3.相容性好，化學(xué)穩(wěn)定性高 清洗過程即要破壞污物同工件的聯(lián)系，但又不能使工件受到溶解和損傷。F113同各種材料的相容性比較好，除了硅橡膠、聚苯乙烯和金屬鋅外，對一般的金屬、塑料、橡膠、磁帶、導(dǎo)線涂層、絕緣層等都不起作用，故尤其適用于電子組裝件的清洗，如印刷線路板的清洗。F113的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解，貯存、運輸、使用、保管都很方便。,13,4.使用安全，對環(huán)境污染比較小 F113屬基本無毒，在工作場所容許的安全濃度為1000ppm,比其他溶劑的毒性要低得多。發(fā)四氯化碳10ppm,三氯乙烷為50ppm。 F113沒有閃點和燃點，不燃不爆,生產(chǎn)上用F113沸點低、汽化潛熱低，用臟后加熱蒸餾很容易回收、再生，可以反復(fù)循環(huán)使用，只有少量污物排放，對環(huán)境污染比較小。,14,5.電絕緣性能好，清洗后產(chǎn)品的絕緣性能有較大幅度的提高 F113的電阻率大于2×1015歐姆/厘米，介電常數(shù)2.44，擊穿電壓為35千伏，電絕緣性能比較好，故尤其適用于電子電器產(chǎn)品的清洗。與酒精相比，酒精容易吸收水分，而F113對水的溶解度非常小，加上清洗后潔凈度高，F(xiàn)113清洗后絕緣電阻有較大的提高。,15,15.2.2 氟碳溶劑清洗工藝 1.常用的氟碳清洗劑 據(jù)美國杜幫公司資料介紹,常用的氟碳清洗劑有： ①TF清洗劑 ⑥T-WD602清洗劑 ②TE和TES清洗劑 ⑦G-E35清洗劑 ③TMS清洗劑 ⑧T-E35清洗劑 ④TA清洗劑 ⑤TMC清洗劑,16,2.常用的洗滌方法 常用的洗滌方法有： ①汽洗——噴洗——汽洗 、干燥工藝 ②熱浸——冷漂——噴洗——汽洗、干燥 ③超聲浸洗——噴洗——汽洗、干燥 ④熱浸——超聲——漂洗——汽洗、干燥,17,15.2.3 氟碳溶劑的危害 氟碳溶劑在一般情況下其化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，幾乎不分解。但在大氣中大量積累并飄浮到臭氧層時，其反應(yīng)歷程為： Cl+O3 → Cl+O2 ClO+O → Cl+O2 總反應(yīng) O3+O → O2+O2,18,半水清洗技術(shù)是采用半水清洗材料清洗印制板，類似于溶劑清洗，然后用水漂洗，類似于水清洗，最后烘干，由于這種技術(shù)處于溶劑清洗和水清洗之間，所以稱為“半水清洗”。 15.3.1 半水清洗材料 半水清洗材料的種類很多，使用最廣泛的是Petroferm Inc公司生產(chǎn)的Bioact EC-7和Du Pont公司生產(chǎn)的Axarel38和Axarel32。 EC-7的主要成份是萜烯，同時添加其它成分，其主要特性如表11-1所示。,15.3 半水清洗,19,表11-1 EC-7的特性,20,,EC-7 1，1，1-三氯乙烷 F-113/酒精,圖11－1 EC－7 對松香的溶解能力比較,21,圖11－2 半水清洗工藝,22,11.3.3 半水清洗設(shè)備 半水清洗設(shè)備有在線清洗機和批量清洗機兩類。在線清洗機主要采用噴射方式，傳遞帶傳送印制板，產(chǎn)量大，適合高產(chǎn)量的印制電路組裝廠。 批量清洗機采用超聲、離心和噴射等方式，它的產(chǎn)量較小，適合中、低產(chǎn)量的印制電路組裝廠。 下面以美國Corpane Industries Inc的在線清洗機作介紹，清洗過程如圖11-3所示。,23,圖11-3 Corpane 在線清洗機的工作步驟,24,11.4 水清洗技術(shù)和免清洗技術(shù),11.4.1水清洗技術(shù) 隨著水溶性助焊劑的普及應(yīng)用，以水作溶劑的水清洗工藝也愈來愈廣。水屬一種強極性溶劑，對多種污染物都有良好的洗凈效果，如指紋、松香活性劑、活性劑殘渣、焊料金屬鹽、鍍液殘渣、腐蝕液（鹽）的殘渣、中和劑、 但是水清洗所存在的問題是： （1）不能清除非極性的油、脂； （2）向水中添加的中和劑、皂化劑等的殘留物可成為新的污染源； （3）必須使用軟水，且水溫要求在60～72℃之間,25,（4）清洗水要用離子交換水，設(shè)備復(fù)雜； （5）松香助焊劑要用加熱的皂化劑除去，而焊接過程中由于熱分解、氧化、化學(xué)反應(yīng)所形成的不溶成分，則要添加表面活性劑、消泡劑或其它添加劑等才可能除去； （6）對清洗水的PH值、絕緣電阻、水量水質(zhì)、清潔度等必須嚴(yán)格監(jiān)控。,26,在設(shè)計水洗設(shè)備系統(tǒng)時，必須妥善處理好下列問題： (1) 廢水處理問題； (2) 洗凈中生銹問題； (3) 干燥問題（特別是滲入到器件內(nèi)部的殘 留水）。,27,11.4.2 免清洗技術(shù) 由于使用了特殊焊劑或新的焊接方法，使焊接后的印制電路無需清洗即可達到產(chǎn)品性能的需求，這種技術(shù)稱為免清洗技術(shù)，它是取代氟碳溶劑的最終途徑。 實現(xiàn)免清洗工藝可采用兩種方法： 一是采用低固態(tài)焊劑， 二是在惰性氣氛中焊接。,28,1.低固態(tài)焊劑 這類助焊劑以合成樹脂為基礎(chǔ)，它們在化學(xué)成份方面有嚴(yán)格限制。 該焊劑有極低的固態(tài)含量，所選用的活化劑在環(huán)境條件下不與銅和焊料起反應(yīng)，僅在溫度達到焊接預(yù)熱溫度時活化劑才具有活性，而冷卻下來時就沒有這種活性。 焊劑焊后殘留可滿足MIL標(biāo)準(zhǔn)和其它特殊要求。 具有焊后殘余物少、表面板子不粘、無焊球或焊料粉末，在不清洗殘余物的情況下，具有高的表面絕緣電阻值、最小煙霧和氣味等特點。,29,2.在惰性氣氛中焊接 通常在焊接過程中都要使用大量的助焊劑以消除氧化，提高可焊性。 如果將焊接過程置于惰性氣體中，則因沒有重新氧化的條件，可大大減少焊劑的使用量，僅需少量的預(yù)處理液清除原有金屬氧化層，保證焊接表面有一定的浸潤性即可，這樣使殘渣的形成減少到最低程度，從而保證焊接質(zhì)量。 惰性焊接設(shè)備有兩種：開式和閉式。,30,15.5印制板清洗效果的評價,11.5.1 定性方法 1.目測 缺點:無法檢查元器件底部的污染物以及殘留的離子污染物。 2.整機性能考核 11.5.2 半定量方法 1.清洗時間的測定 2.清洗率的測定,31,計算公式如下： 清洗率（％）＝（W2-W0）/(W1-W0)×100% 式中：W0——金屬片的重量 W1——金屬片浸助焊劑烘干后的重量 W2——清洗后金屬片的重量,32,11.5.3定量方法 1.表面絕緣電阻的測定 表面絕緣電阻的測定值取決于測試條件，通常需在固定溫度和相對濕度的條件下進行測試，對于軍品和高可靠性產(chǎn)品要在測試室持續(xù)放置7天。而對產(chǎn)品的日常監(jiān)測，至少需在測試室滯留1小時。,33,2.離子污染度的測定 將清洗后的印制板浸入離子污染度測定儀的測試溶液中，測定提取溶液的電導(dǎo)率，以時間為橫座標(biāo),電導(dǎo)率為縱座標(biāo)圖，測試結(jié)果以等效氯化鈉的含量來表示，單位為μg/cm2或μg/m2, 只需輸入基本特性參數(shù)，即可自動給出圖形，打印結(jié)果。,34,3.松香殘留量的分析 利用適當(dāng)溶劑提取印制板上殘留的污染物，以紫外—可見光譜定量測定其中殘留松香的含量。 4.殘留物的分離分析 殘留物的提取液利用高效液相色譜儀進行分離分析。 優(yōu)點:可對殘渣混合物中的每個組份進行測定，如為離于化合物，則可采用離子色譜法。,35,,Thank You !,36,