PCBA多余物和清潔度標(biāo)準(zhǔn)

一、PCBA多余物

1.多余物定義

PCBA制造過程中所發(fā)生的，存在于機(jī)內(nèi)的所有非設(shè)計(jì)和工藝所要求的各種物理的或化學(xué)的、可見的和不可見的、氣態(tài)的或液態(tài)的、宏觀的或微觀的等物質(zhì)，均屬多余物。

多余物是產(chǎn)品潛在的可靠性隱患，必須仔細(xì)地清除。特別是對(duì)高密度組裝和高可靠性產(chǎn)品來說，保持產(chǎn)品的清潔度要求尤為重要。

2.常見的多余物

PCBA常見的多余物大致可列舉如下：

助焊劑殘留物；

顆粒狀物；

氯化物；

碳化物；

白色殘留物；

吸附的潮氣或有害氣體；

汗跡；

……

上述多余物有可溶性的或不可溶性的，它們可以是有機(jī)的或無機(jī)的。

3.來源

1）助焊劑殘留物

來源于組件的焊接過程，對(duì)需清洗的助焊劑而言，應(yīng)無可見殘留物；而對(duì)免清洗助焊劑而言，允許有非離子性的助焊劑殘留物。

2）顆粒狀物

表面殘留了灰塵或其他顆粒物，如纖維絲、渣滓、金屬顆粒及助焊劑中的結(jié)晶物等，它們均是由生產(chǎn)過程中的違章操作和加工、工作場地文明衛(wèi)生條件差等因素造成的。

3）氯化物

在PCBA表面上助焊劑活化劑反應(yīng)而形成的另一種殘余物就是鉛鹽。屬于這一類的殘余物有氯化鉛等。

助焊劑中很多活化劑會(huì)分解，由于在焊接熱作用下，釋放出氯化氫和自由胺。這些分解產(chǎn)物呈氣體狀態(tài)逸出。氯化物和金屬氧化物（Cu2 O、SnO、PbO）可能發(fā)生反應(yīng)。另一方面，為了提高焊接操作速度所使用的一些高活性助焊劑中，含有產(chǎn)生鉛鹽的活化劑體系。這些鹽可以和來自層壓板樹脂中的溴化物（防燃層壓敷箔基板材料）起反應(yīng)，生成不可溶解的鹽（溴化鉛），這也是一種白色粉狀離子殘余物。

4）碳化物

當(dāng)PCB上存在氯元素時(shí)，氯就要侵蝕釬料中的鉛，形成的氯化鉛（PbCl2）是附著力相當(dāng)差的化合物。在含有CO2 的潮濕空氣中，氯化鉛是不穩(wěn)定的，很容易轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的碳酸鉛，并在轉(zhuǎn)變過程中釋放出另一個(gè)氯離子，該氯離子再次游離侵蝕氧化鉛。該轉(zhuǎn)變過程的最終產(chǎn)物碳酸鉛是多孔的白色粉點(diǎn)狀材料。而且上述反應(yīng)過程能一直無休止地循環(huán)進(jìn)行下去，直到釬料合金中的所有鉛都消耗殆盡為止。它是一種危害極大的缺陷。

5）白色殘留物

白色殘留物形成因素較復(fù)雜，諸如：

（1）PCBA焊接后或清除助焊劑殘留物后會(huì)留下一些不溶的白色殘余物。這些殘余物集中在焊好的PCBA的某些特定區(qū)域，或者在PCB板面上形成一層均勻的白色結(jié)構(gòu)物。

（2）助焊劑中活化劑的分解物。當(dāng)對(duì)溶劑成分的控制失效時(shí)，活化劑殘余物常常形成白色粉末狀殘留物。如果清洗不凈，這些離子殘余物就留在PCBA上。清洗溶劑飽和以及在清洗系統(tǒng)中停留時(shí)間過于短暫，也會(huì)導(dǎo)致從助焊劑活化劑中析出白色粉末狀殘余物。

（3）白色污染物中另一種類型的離子殘余物，是在PCBA表面和阻焊膜之間形成的白色顆粒狀斑點(diǎn)。這是由于清洗不當(dāng)而產(chǎn)生的一種離子殘余物，有時(shí)更換一種阻焊膜材料即可消除。

（4）來自層壓板的聚合反應(yīng)產(chǎn)物。充分的聚合反應(yīng)是PCB基板獲得光滑、無孔、抗釬接性和不受溶劑侵蝕的堅(jiān)固表面所需要的。在這種化學(xué)反應(yīng)中，兩種或更多的單體或同類聚合物相結(jié)合形成一個(gè)高分子，當(dāng)聚合反應(yīng)不充分或過度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生白色殘余物。

（5）來自助焊劑中的聚合反應(yīng)產(chǎn)物。助焊劑中的松香在波峰焊接過程中反復(fù)加熱對(duì)聚合過程起了催化作用，使松香聚合成長鏈分子，而且在焊接溫度下還存在著活化劑對(duì)聚合反應(yīng)的催化作用。這種牢固黏附在PCBA上的白色殘余物（聚合松香）一旦形成，甚至連最有效的氟化或氯化溶劑都不能溶解掉它。解決的辦法是把PCB重新浸漬在松香助焊劑中，助焊劑中的短鏈松香將溶解這種長鏈的聚合松香，之后就可重新用普通溶劑清除掉。

白色殘余物不是離子性的就是非離子性的，由于它呈白色，能掩飾各種不同類型的缺陷。它的形成可以追溯到PCB的制造方面，因此這種白色殘余物很難消除。但可以辨別白色殘余物是來自PCB刻蝕，還是來自電鍍、自重熔過程的化學(xué)物質(zhì)，或來自元器件上的蠟、釬料合金中的雜質(zhì)等因素。

6）吸附的潮氣或有害氣體

這類多余物最常見于在無溫、濕度控制和被污染的工業(yè)大氣環(huán)境中組裝的產(chǎn)品。

7）汗跡

在PCBA組裝過程中，操作者未遵守工藝規(guī)范要求所致。

二、PCBA的清潔度標(biāo)準(zhǔn)

1.清潔度的意義

高可靠性的應(yīng)用，要求受控的、完善的焊后清洗工藝。隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品運(yùn)行的高頻、高速化，PCB布線密度的增加，芯片引腳間距的微細(xì)化，使得對(duì)PCBA的清潔度要求越來越高，焊后的潔凈化處理，已經(jīng)構(gòu)成了提高PCBA工藝可靠性的一項(xiàng)重要的工藝手段，也是確保三防涂敷最佳質(zhì)量和性能的一項(xiàng)重要步驟。

2.污染物的組成

污染物由離子（極性）、非離子（非極性）和微細(xì)的污物組成。離子污染物由助焊劑活性劑、殘留的電鍍鹽和操作污物組成；非離子污染物包括松香、油、脂、熔化液體和游離材料中的已反應(yīng)的非揮發(fā)性的殘留物。微小的污染物則由釬料球或釬料渣、操作污物、鉆孔或灰塵和空氣中的微粒物質(zhì)組成。

人的汗液屬于一種鹽類，汗液中的液體成分揮發(fā)后，留下的微量固體成分就是NaC1（鹽），它藏納于指紋中污染PCB板面。所以，不允許人手（未戴手套）直接接觸PCB板面。

3.極性污染物

極性污染物是當(dāng)其溶于水時(shí)能形成離子的污染物。例如，當(dāng)人手指藏納的鹽溶于水中時(shí)，NaCl分子游離成正的Ni離子和負(fù)的Cl離子。在離子狀態(tài)，NaCl增加水的導(dǎo)電性，可能引起電路中信號(hào)改變，產(chǎn)生電遷移和腐蝕。典型的極性污染物來自電鍍和蝕刻材料，PCB或元器件制造過程的化學(xué)物質(zhì)，松香或助焊劑中合成催化的活性劑，助焊劑反應(yīng)物和來自手工處理的沉淀物。

4.非極性污染物

非極性污染物是當(dāng)其溶于水時(shí)不形成離子的污染物。它們可能是親水的或憎水的（通常親油）。吸濕的材料可能促使表面水膜的形成，從而造成表面絕緣電阻的降低，在適當(dāng)條件下，還可能引發(fā)電遷移。不溶于水的非離子殘留物，由松香、合成樹脂、低殘留/免洗助焊劑配方中的有機(jī)化合物、釬料絲（線）中助焊劑的增塑劑、化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)品、油脂、指紋油、不可溶的無機(jī)化學(xué)成分和焊膏中的觸變添加劑等組成。

5.微細(xì)殘留物

對(duì)微細(xì)殘留物要求機(jī)械能量能將其去掉。常見的微細(xì)殘留物是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(yīng)產(chǎn)品（一些白色殘留物）、硅脂、硅油、基材的玻璃纖維、阻焊材料中的硅土和黏土填充劑，以及釬料球和釬料等。

6.PCBA清潔度要求

對(duì)于污染的分析，不僅要判斷它對(duì)外觀和功能的影響，還應(yīng)視它為一種警告。對(duì)每種污染都有一個(gè)容忍度的基本標(biāo)準(zhǔn)。J-STD提供的離子污染測試，IPC-TM-650提供的應(yīng)用環(huán)境情況下進(jìn)行的絕緣電阻測試和其他電氣參數(shù)測試，是可推薦的建立清潔度標(biāo)準(zhǔn)的方法。

目前電子制造業(yè)界正在使用的IPC標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)殘留物類型、適用范圍和清潔度要求如表1所示。

表1 清潔度要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

但表1給出的答案是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用的。不像過去松香助焊劑主宰工業(yè)的“那段好時(shí)光”，新的表面涂層、助焊劑、焊接與清洗系統(tǒng)正不斷出現(xiàn)。很明顯，沒有“萬能的”答案。由于這個(gè)理由，標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)格強(qiáng)調(diào)用來證明可靠性的測試規(guī)程，而不是一個(gè)簡單的通過/失效數(shù)字。

再仔細(xì)地看一下IPC標(biāo)準(zhǔn)，特別是IPC-6012，剛性印制板的技術(shù)指標(biāo)與性能揭示了，應(yīng)該在文件中規(guī)定阻焊層、釬料或替代的表面涂層之后的對(duì)光板的清潔度要求。這意味著裝配制造商必須告訴電路板制造商他們希望光板有多清潔。它也給使用免洗工藝的裝配制造商，留有余地來對(duì)進(jìn)廠的電路板規(guī)定一個(gè)更加嚴(yán)格的清潔度要求。

裝配制造商不僅需要規(guī)定進(jìn)廠的PCB的清潔度，而且要與用戶對(duì)裝配好的產(chǎn)品的清潔度要求達(dá)成一致。按照J(rèn)-STD-001，除非用戶規(guī)定，制造商應(yīng)該規(guī)定清潔度要求和測試清潔度的項(xiàng)目（表面絕緣電阻、離子污染濃度、松香或其他表面有機(jī)污染物）。清潔度測試將取決于使用的助焊劑和清潔化學(xué)品。如果使用松香助焊劑，J-STD-001提供了1、2、3類產(chǎn)品的分類要求。

下面列出的數(shù)據(jù)是氯化物含量的合理判斷點(diǎn)。當(dāng)氯化物含量超過下列水平時(shí)，會(huì)增加電解失效的危險(xiǎn)性：

對(duì)低固體助焊劑：氯化物含量應(yīng)＜0.39μg/cm2；

對(duì)高固體松香助焊劑：氯化物含量應(yīng)＜0.70μg/cm2；

對(duì)水溶性助焊劑：氯化物含量應(yīng)＜0.75～0.78μg/cm2；

對(duì)Sn/Pb金屬化的光板：氯化物含量應(yīng)＜0.31μg/cm2。

真正的清潔度取決于產(chǎn)品和所希望的最終使用環(huán)境。但是怎么決定什么樣的清潔度對(duì)一個(gè)特定的最終使用環(huán)境是足夠的呢？必須通過徹底和嚴(yán)格的分析，研究每一個(gè)潛在的污染物與最終使用情形，進(jìn)行長期的可靠性測試。一個(gè)好的例子就是：IPC、美國環(huán)保局（EPA）、美國國防部（DOD）主辦的，20世紀(jì)80年代后期完成的深入的清潔與清潔度測試程序。這個(gè)程序調(diào)查研究了在電子制造清潔工藝中使用的、減少氟氯化碳（CFC）水平的新的材料與工藝。

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