电子产品是由各种电子元器件组装在印制板上，进而组合成整机。最基本的组装过程是印制电路板组件（简称PCBA）组装（也称电装），PCBA组装中软钎焊（即锡焊）过程是影响电气性能和可靠性的紧张环节。根据中国赛宝实验室可靠性研究分析中间提供的PCBA电装品诘责题分析统计，腐蚀、电迁移引起的短路、断路等后期使用失效题目占4%，是产品可靠性的几大杀手之一。

    现现在的电子组装件设计趋于小型化，更小的器件，更小的间距，引脚和焊盘都越来越靠近，存在的缝隙越来越小，污染物可能会卡在缝隙里，这就意味着比较小的微粒假如残留在两个焊盘之间有可能引起短路的潜在不良。

 

2.1 PCBA的污染

（1）构成PCBA的元器件、PCB的自己污染或氧化等都会带来PCBA板面污染；

（3）手工焊接过程中会产生的手印记，波峰焊焊接过程会产生一些波峰焊爪脚印记和焊接托盘（治具）印记，其PCBA外观也可能存在不同程度的其它类型的污染物，如堵孔胶，高温胶带的残留胶，手迹和飞尘等；

     以上说明污染物重要来源于组装工艺过程，分外是焊接工艺过程。

      焊接中助焊剂的作用是消灭PCB板焊接外观上的氧化物使金属外观达到需要的清洁度，破坏融锡外观张力，防止焊接时焊料和焊接外观再度氧化、增长其扩散力，有助于热量传递到焊接区。助焊剂的重要成份是有机酸、树脂以及其他成分。高温文复杂的化学反应过程改变了助焊剂残留物的结构。残留物每每是多聚物、卤化物、同锡铅反应产生的金属盐，它们有较强的吸附性能，而消融性极差，更难清洗。

    污染可能直接或间接引起PCBA潜在的风险，诸如残留物中的有机酸可能对PCBA造成腐蚀；残留物中的电离子在通电过程中，由于两焊盘之间电势差的存在会造成电子的移动，就有可能形成短路，使产品失效；残留物会影响涂覆结果，会造成不能涂敷或涂覆不良的题目；也可能临时发现不了，经过时间和环境温度的转变，出现涂层龟裂、翘皮，从而引起可靠性题目。

     经电子探针分析，发现焊点外观除了碳氧及铅锡成份外，还有检测到超出正常情况含量的卤素（Cl）。这种卤素离子的作用，在空气与水分的帮助下，对焊点形成循环腐蚀，最终在焊点外观及周边形成白色多孔的碳酸铅，失效部位的焊点已经发白变色且多孔。假如PCBA组装时因为使用了铁底材底引线脚底元器件，铁底材因为缺乏焊料底覆盖，在卤素离子以及水分的腐蚀下很快产生Fe3＋，使板面发红。

 

     另外，在潮湿环境下，具有酸性的离子污染物还可以直接腐蚀铜引线、焊点及元器件，导致电气失效。

      假如在PCBA外观有离子污染存在，极易发生电迁移征象，出现离子化金属向相反电极间移动，并在反向端还原成原来的金属而出现树枝状征象称为树枝状分布（树突、枝晶、锡须），枝晶的生长有可能造成电路局部短路。

     假如PCBA上使用了含银的焊料，在银腐蚀成银离子后，电迁移更易发生，电迁移失效的PCBA在进行需要的清洗后功能常常恢复正常。

     在PCBA的组装工艺中，一些树脂比如松香类残留物常常会污染金手指或其它接插件，在PCBA工作发热时或酷热天气下，残留物会产生粘性，易于吸附灰尘或杂质，引起接触电阻增大甚至开路失效。BGA焊点中PCB面焊盘镍层存在腐蚀以及镍层外观富磷层的存在降低了焊点与焊盘的机械结合强度，当受到正常应力作用时发生开裂，造成电接触失效。

2.3 污染物分类

对于PCBA的污染物，一样平常分为三大类型：

     PCBA上的这种污染物是在肯定条件下（放在溶液中时）可以电离为带正电或负电的离子的一类物质，如卤化物、酸及其盐。不同的离子污染物在不同的溶液中会以不同的速率星散为正负离子。

离子污染物重要有以下几种：

Perspiration汗液

Ethanolamines乙醇胺

Plating Chemistries电镀化学物质

     PCBA上的这种污染物自己不导电，在电路板上可能相称于一个电阻（绝缘体），可以阻止或减小电流的流通。最典型的是松香自己的树脂型残渣，波峰焊中的防氧化油，贴片机或插装机的油脂或蜡，焊接工艺过程中夹带的胶带残留物以及操作人员的肤油等。这些污染物自身发粘，吸附灰尘。这些有机残留物（如松香、油脂等）会形成绝缘膜，会防碍连接器、开关、继电器等的接触外观之间的电接触，这些影响会随环境条件的转变及时间延伸加剧，引起接触电阻增大，造成接触不良甚至开路失效。偶然松香覆盖在焊点上还有碍测试，分外是非极性污染物在极性污染物的配合下，还会加剧污染的程度。

Rosin松香

Greases油脂

Silicone硅树脂

（3）粒状污染物

粒状污染物可以采用机械方式如高压气体喷吹、人工剥离、清洗多种方式往来来往除。

（1）表面及电性能要求

     离子污染物假如清洗不当会造成许多题目：较低的外观电阻，腐蚀，导电的外观残留物在电路板外观会形成树枝状分布（树突），造成电路局部短路，如图4所示。

 

 

图5 由离子污染引起的电解锡须的生长导致短路

 

      非离子污染物清洗不当，也同样会造成一系列题目。可能造成电路板掩膜附着不好，接插件的接触不良，对移动部件和插头的物理干涉和敷形涂层附着不良，同时非离子污染物还可能包裹离子污染物在其中，并可能将另外一些残渣和其它有害物质包裹并带进来。这些都是不容忽视的题目。

     要使得三防漆涂覆可靠，必须使PCBA的外观清洁度吻合IPC-A-610E-2010三级标准要求。在进行外观涂覆之前没有清洗掉的树脂残留物会导致珍爱层分层，或者珍爱层出现裂纹；活化剂残留物可能会引起涂层下面出现电化学迁移，导致涂层破裂珍爱失效。研究注解，通过清洗可以增长50%涂敷粘结率。

     按照现行标准，免清洗一词的意思是说电路板上的残留物从化学的角度上看是安全的，不会对电路板产生任何影响，可以留在电路板上。检测腐蚀、外观绝缘电阻（SIR）、电迁移还有其他专门的检测手段重要是用来确定卤素/卤化物含量，进而确定免清洗的组装件在完成组装后的安全性。不过，即使使用固含量低的免清洗助焊剂，仍会有或多或少的残留物。对于可靠性要求高的产品来讲，在电路板上是不许可存在任何残留物或者其他污染物的。对于军事应用来讲，即使是免洗电子组装件都规定必须清洗。

3 清洗的原理

    PCBA装焊后的清洗是一项增值的工艺过程，其重要义务是消灭焊接之后的助焊剂残余物、胶带的残胶及其他人为污染，目的是进步PCBA的使用可靠性。这在曩昔曾被认为是不增值的劳动，如今看来是错误的熟悉。

清洗PCBA，首先要确定的是清洗剂与电路板在焊接过程中产生的残留物相匹配，即要解决助焊剂残留与清洗剂的兼容性，以便能容易将残留去除并达到知足清洁度的目标。一个有用的清洗工艺，必须保证焊接温度曲线参数、清洗工艺设置参数、焊膏焊料及助焊剂所有参数都达到最佳匹配范围。

采用化学溶剂的消灭助焊剂焊接残留物的消融过程大多数是寄托碱性PH值的清洗剂，清洗剂中含有金属离子，这些金属离子可以促进化学反应形成铅盐，有些铅盐Pb(NO)3易溶于水，其他的则不溶于水，这些铅盐聚集在PCBA外观形成了白色沉淀物。

 

    从清洗能力来讲，我们所使用的溶剂中氯氟烃化三氯三氟乙烷（简称 CFC-113），具有脱脂服从高、对助焊剂残渣消融力强、易挥发、无毒、不燃不爆、对电子元器件和 PCB 无腐蚀以及性能稳固等好处，是一种最为理想的溶剂。但它对大气臭氧层有破坏作用，紧张危害人类的生存环境。1987年在加拿大蒙特利尔各国当局签署了珍爱臭氧层协定书—《关于消费臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，业界赓续进行探索，追求较好的禁止使用消费臭氧层物质（ODS，ozonedepleting substance）的替换清洗溶剂。到目前为止，还没有可完全替换且在清洗能力上优秀的溶剂。

对于着名的代工厂或大型生产制造工厂陆续重新考虑清洗工艺，配置响应的在线式清洗机或离线式清洗机，以设备清洗替换人工清洗，保证PCBA清洗品质。

 

图6a 手工焊接清理放置后

 

 

不管板子在清洗后出现白色残留，或者是免清洗的板子存储后出现白色物质，照旧返修时发现的焊点上的白色物质，无非有四种情况：

（2）松香变性物：这是板子在焊接过程中，松香与焊剂发生反应所产生的物质，而且这种物质的消融性一样平常很差，不容易被清洗，滞留在板子上，形成白色残留物。但是这些白色物质都是有机成分的，仍能保证板子的可靠性。

（4）金属无机盐：这些可能是焊料中的金属氧化物与助焊剂或焊膏中的含卤活性剂、PCB焊盘中的卤离子、元器件外观镀层中的卤离子残留、FR4材料含卤材料在高温时释放的卤离子反应生成的物质，一样平常在有机溶剂中的消融度很小。

Pb + 1/2 O2 ===== PbO

PbCl + H2O + CO2 ===== PbCO3(白色粉末状腐蚀物) + 2HCl

CuO + 2HCl ===== CuCl2 + H2O

 

    PCBA清洗结果的定性和量化检验，通过洁净度指标来评估。

    按中华人民共和国电子行业军用标准SJ20896-2003中有关规定，根据电子产品可靠性及工作性能要求，将电子产品洁净度分为三个等级，如表1所示。

 

     在现实工作中，根除污染现实上几乎是不可能的，一个折衷的办法就是确定电路板上的污染可以和不可以接受的程度。按照IPC-J-STD-001E标准助焊剂残留三级标准规定＜40μg/cm2，离子污染物含量三级标准规定≤1.5（Nacl）μg/cm2，萃取溶液电阻率＞2×106Ω·cm。

 

 

5.2.1 目测法

5.2.2 溶剂萃取液测试法

     离子污染物通常来源于焊剂的活性物质，如卤素离子，酸根离子，以及腐蚀产生的金属离子，效果以单位面积上的氯化钠（NaCl）当量数来透露表现。即这些离子污染物（只包括那些可以溶入在溶剂）的总量，相称于多少的NaCl的量，并非在PCBA的外观肯定存在或仅存在NaCl。

     此法是测量PCBA上导体之间外观绝缘电阻，外观绝缘电阻的测量能指出因为污染在各种温度、湿度、电压和时间条件下的漏电情况。其好处是直接测量和定量测量；而且可以检测局部区域是否存在焊剂。因为PCBA焊膏中的残留焊剂重要存在于器件与PCB的夹缝中，分外是BGA的焊点，更难以消灭，为了进一步验证清洗结果，或者说验证所使用的锡膏的安全性（电气性能），通常采用测量元器件与PCB夹缝中的外观电阻来检验PCBA的清洗结果。

5.2.4 离子污染物当量测试法（动态法）

5.2.5焊剂残留量的检测

 

    如今，许多PCBA的生产制造中都用到了清洗工艺，对于不同级别要求的产品、采用的助焊剂以及经过的工序的差别，需采用的清洗剂、所需设备、工艺都不雷同。大部分设备供给商都推出了清洗机设备及其清洗方案，并首先对制造工厂的焊接后的残留物的检测分析，然后给出针对性的体系清洗解决方案。有全主动化的在线式清洗机、半主动化的离线式清洗机、手工清洗机等，有适用于全水基（用离子水清洗）、半水基（用化学物质水溶液清洗，如皂化液）以及全化学溶剂的方式清洗。许多公司倾向于采用水基清洗剂，并向环境友爱方向发展。全球着名清洗产品及技术支撑供给商有ZESTRON、KYZEN等。

      一种全主动化的在线式清洗机实物图，见图7所示。该清洗机针对SMT/THT的PCBA焊接后外观残留的松香助焊剂、水溶性助焊剂、免清洗性助焊剂/焊膏等有机、无机污染物进行彻底有用的清洗。它适用于大批量PCBA清洗，采用安全主动化的清洗设备置于电装产线，通过不同的腔体在线完成化学清洗（或者水基清洗）、水基漂洗、烘干悉数工序。清洗过程中，PCBA通过清洗机的传送带在不同的溶剂清洗腔体内，清洗液必须与元器件、PCB外观、金属镀层、铝镀层、标签、字迹等材料兼容，特别部件需考虑能否经受清洗。

清洗工艺流程为：入板----化学预洗----化学清洗----化学隔离----预漂洗----漂洗----最后喷淋----风切干燥----烘干。清洗过程如图8示。

半主动化的离线式清洗机

 

图9 半主动化的离线式清洗机

 

     PCBA在清洗篮中的放置密度和放置倾角是有肯定要求的，这两个因素对清洗结果会有直接的影响，如图10所示。

手工清洗机

 

图11 手工清洗槽

 

详细：超声波清洗作为投资少、便于实施的方案也为一些PCBA生产制造商所采用。但是，航天军工限（禁）用超声波清洗工艺，超声波清洗不应用于清洗电气或电子部件、元器件或装有电子元器件的部件，清洗时应采取珍爱措施，以防元器件受损（美军标DOD-STD-2000-4A《电气和电子设备通用焊接技术要求》）；IPC-A-610E-2010三级标准也一样平常禁止超声波清洗工艺。

7 体系设计与工艺考量

    近两年从国外开始正视起清洗题目，出现了很多的清洗设备供给商和方案公司，提供清洗设备、溶剂和清洗工艺服务。我国军工企业也响应开始这方面的应用研究，代工和生产制造企业的PCBA清洗的顾客要求越来越多。

     大多数设计师把清洗列为设计以后的事情，留给工艺工程师去做，但是PCB的布局设计对清洗的能力的影响极大，后续生产制造中的清洗并非能解决所有题目。

    来料PCB与元器件应保证外观无显明污染物，元器件外观的污染物也会因工艺缘故原由带到PCB上。一样平常PCB的离子污染应控制在1.5mgNaCl/cm2以下，元器件在保持可焊性的同时，要保证同样的清洁度要求。

     在不少企业组装好的PCBA随意堆放，车间环境差，无抽风设备，人员赤手空拳行事，极易引起PCBA板面的污染，汗渍污染却不可避免，因此必须采取需要的措施，保证作业条件需要的清洁度要求。

     重要包括助焊剂、焊膏、焊锡条、焊锡丝。理想的焊剂在工艺中因为预热及焊接热，还有锡波的清洗，会使焊剂中的活性物质得到充分地行使，将清洁度保持到最佳。此外，SMT使用的部分焊膏的残留物极多，而且去除极难。因此选用焊料焊剂特别很是紧张，最好从通过检测的产品中选择，并进行需要的工艺试验，使之与清洗过程相匹配，再确定使用。

     PCBA的重要残留物来自焊剂。因此在保证焊接质量的条件下，适当进步焊接时的预热及焊接温度，以及需要的焊接时间，使尽可能多的离子残留会随高温分解或挥发，从而得到清洁的PCBA。此外，其他控制措施，比如采用防潮树脂珍爱PCBA的外观，间接地防止或降低离子残留物的影响，这也不失一个好办法。

7.5 使用清洗工艺

7.6 PCBA清洗详细事项

（2）在清洗时要防止有害的清洗剂侵入未完全密封的元器件内，以免对元器件造成损害或潜在的损害。

（4）清洗不应对元器件、标识、焊点及印制板产生影响。

8 结束语

      从赓续发展的电子产品市场可以看出，当代和将来的电子产品将会变得越来越小，对高性能和高可靠性的要求将比以往任何时候都更为强烈。彻底清洗是一项十分紧张而技术性很强的工作，它直接影响到电子产品的工作寿命和可靠性，也关系到对环境的珍爱和人类的健康。要从整个生产工艺体系的角度来重新熟悉息争决焊接清洗题目，方案的实施要配合助焊剂、焊料焊膏、焊锡丝等焊接材料的使用，使有机溶剂、无机溶剂及其混合溶剂或者水洗或者免清洗与其做到匹配，才能有用除去残留，使清洗洁净度较容易得以知足顾客期望。