通過式高壓噴淋清洗機印制板上殘留物的形成原因和解決的方法,。

　　印刷電路板組裝在使用清洗機清洗后,，部分 PCBA 留有許多白色殘渣，這些殘渣由許多的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)而成,。免清洗助焊劑,、免清洗錫膏、電路板上的殘留環(huán)氧樹脂和其他樹脂,、元器件的材料和其他一些污染物都對這些復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)有所貢獻,。

　　關(guān)鍵詞：清洗劑濃度變化 水基清洗劑、 白色粉末,、清洗機,、清洗

　　隨著產(chǎn)品產(chǎn)量的提升，以及對可靠性要求的提高,，引入了噴淋式清洗機,，減少手工清洗，提升對印制板的清洗效率,。在使用初期,，在清洗器件少、密集程度不高的 PCBA(印制電路板經(jīng)過 SMT 上件,，再經(jīng)過 DIP 插件的整個過程,，簡稱 PCBA)時,，噴淋式水清洗機表現(xiàn)優(yōu)秀,，高效率地完成了清洗任務(wù);但當(dāng)清洗 SMT 器件密集程度較高的 PCBA 時，器件引腳,，特別是 IC 引腳間出現(xiàn)了白色粉末狀的物質(zhì),，如圖 1 所示,。這些白色粉末不僅影響產(chǎn)品外觀，同時白色粉末外觀表現(xiàn)為疏松的物質(zhì),，極易吸收空氣當(dāng)中的潮氣和各種腐蝕性氣體,，特別在沿海一帶高鹽霧的地區(qū)，有可能對電路板長期工作的可靠性造成嚴(yán)重影響,。而且,，未去除的白色殘渣將影響后期涂敷如三防漆的附著力，影響三防漆的防護效果和長期使用壽命,。因此,，在清洗機清洗后仍需要人工使用防靜電刷對白色粉末進行清潔，不僅未提升PCBA 的清洗效率,，反而增加生產(chǎn)的工作量,。

　　白色粉末形成的機理

　　圖1、清洗后引腳出現(xiàn)白色粉末狀物質(zhì)

　　1.1 采用酒精溶劑手工清洗 PCBA

　　在未采用水基型溶劑與清洗機搭配的方式清洗 PCBA 之前,，一直采用酒精溶劑手工清洗 PCBA,。為驗證白色粉末的形成原因及機理，進行以下試驗,。

　　將 PCBA 浸泡在酒精溶劑中 30 min,，再使用防靜電刷進行清潔。此次試驗在 PCBA 浸泡后未馬上使用防靜電刷進行清潔,，而是直接晾干,。發(fā)現(xiàn)浸泡后的 PCBA，在直插器件和 SMD 器件引腳均出現(xiàn)了白色粉末,。說明白色粉末的形成與清洗方式,、清洗劑的更換無關(guān)。為驗證白色粉末的成分,，將白色粉末委外進行紅外光譜分析,，發(fā)現(xiàn)白色粉末的主要成分為松香。驗證了白色粉末為錫膏焊接,、錫絲焊接后助焊劑殘留物,。

　　1.2 白色粉末的形成原因

　　SMT 生產(chǎn)所使用的錫膏為免清洗錫膏，THT 焊接所使用的焊錫絲為免清洗焊錫絲,，而使用的助焊劑 RF800 為松香型免清洗助焊劑,。以上材料中所包含的助焊劑均含有松香。

　　因白色粉末多出現(xiàn)在 IC(貼裝芯片)引腳間,，下面詳細(xì)介紹一下回流焊焊接過程,。

　　SMT 是 SMD 器件(表面貼裝器件)安裝在印制電路板的表面，通過回流焊的方式加以焊接組裝的電路裝連技術(shù)?；亓骱负附影?4 個部分:預(yù)熱區(qū),、恒溫區(qū)(活性區(qū))、回流區(qū),、冷卻區(qū),。恒溫區(qū)有兩個作用，其中之一就是焊錫膏中的助焊劑開始發(fā)生活性反應(yīng),，清除焊接表面的氧化物和雜質(zhì),，增加焊件表面潤濕性能及表面能，使熔化的焊錫能夠很好地潤濕焊件表面,。在回流區(qū)時助焊劑附著在焊接表面,，促進焊錫潤濕過程和防止焊接表面的再氧化。在完成回流焊接后,，助焊劑以固化的松香的形式黏附在焊接表面,，呈半透明的絕緣物質(zhì) 。因SOP,、QFP 等 IC 器件引腳間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一般的SMD 器件,，在回流焊接過程中助焊劑延伸的面積較少，導(dǎo)致引腳間的助焊劑殘留較一般的 SMD 器件多,，且清洗空間較小,，所以清洗難度遠(yuǎn)大于一般SMD 器件。在器件焊接后,，原有一層透明的膠膜將助焊劑等殘渣緊緊包裹,，但清洗破壞了這層透明物質(zhì)，使得暴露的殘渣以難溶的白色粉末的形式表現(xiàn)出來,。為避免白色粉末的產(chǎn)生,，或者不做任何清洗，或者做徹底清洗,，白色粉末的發(fā)生是由不完全清洗造成的,。

　　水清洗的 5 個要素：水、清洗劑,、時間,、溫度、機械力,。清洗機與水(去離子水)為固定因素,，可調(diào)整因素僅有清洗劑、時間,、溫度,。清洗機設(shè)定的參數(shù)有:清洗溫度、清洗時間、漂洗溫度,、漂洗時間,。

　　綜合水清洗工藝及清洗機參數(shù),，設(shè)計試驗的參數(shù)有:清洗劑,、清洗溫度、清洗時間,、漂洗溫度,、漂洗時間。

　　2 試驗設(shè)計方案及結(jié)果

　　此次試驗設(shè)計,，采用 DOE 的全因子試驗方法,。全因子試驗方法是將每一個因素的不同水平組合做同樣數(shù)目的試驗。

　　根據(jù)清洗劑清洗 PCBA 的原理,，漂洗是對清洗后殘留在 PCBA 表面的清洗溶劑進行清除,，漂洗對白色粉末產(chǎn)生的貢獻不大，此次試驗因素中不考慮,，作為噪音處理,。設(shè)計試驗的因子數(shù)為清洗劑濃度、清洗溫度,、清洗時間 3 個因子,。每個因子選擇兩個水平，試驗數(shù)為 23,，即 8 個試驗,。試驗因子與水平見表 1。根據(jù)清洗劑的活性特點,，在 40 ～ 50℃活性較高,，故試驗中設(shè)定清洗溫度最高不超過 50℃。試驗 PCBA均為出現(xiàn)白色粉末的同款 PCBA,。

　　3

　　通過式高壓噴淋清洗機PCBA清洗試驗結(jié)果與討論

　　假定白色粉末出現(xiàn)結(jié)果為 0,，未出現(xiàn)結(jié)果為 1。清洗劑濃度為 A 因子,，清洗溫度為 B 因子,，清洗時間為 C 因子。各因子低水平為 -1,，高水平為 +1,，則試驗結(jié)果見表

　　3。計算各因子的平均值,。

　　平均 A(-) = (0 +0 +0 +0) /4=0

　　平均 A( + ) = (1 +1 +1 +1) /4=1

　　平均 B(-) = (0 +0 +1 +1) /4=0.5

　　平均 B( + ) = (1 +1 +1 +1) /4=0.5

　　平均 C(-) = (0 +1 +0 +1) /4=0.5

　　平均 C( + ) = (0 +1 +0 +1) /4=0.5

　　將各因素高水平下的平均值和低水平下的平均值相減,，即得各因素對平均值的影響，

　　計算如下：

　　A 因素的影響 = (平均 A + ) - (平均 A-)=1

　　B 因素的影響 = (平均 B + ) - (平均 B-)=0

　　C 因素的影響 = (平均 C + ) - (平均 C-)=0

　　如果各因素的高水平與低水平平均值的差為0，則此因素對輸出變量的均值無影響,，否則說明其對輸出變量的均值有影響,。

　　從以上試驗數(shù)據(jù)分析可知，清洗劑濃度為白色粉末產(chǎn)生的關(guān)鍵因子,。

　　3.1 通過式高壓噴淋清洗機清洗劑濃度變化的驗證

　　清洗機在設(shè)定之初,，為提升清洗劑的利用率，清洗機被設(shè)定為清洗劑全循環(huán)使用模式,，所以清洗劑在剛完成溶液配比時,，濃度滿足 1∶ 3，隨著清洗劑的使用,，清洗劑濃度在下降,，對剛配比完的溶液及第一次出現(xiàn)白色粉末的溶液進行濃度的測試。

　　將清洗劑濃度配比調(diào)整到 1∶ 3,，對 PCBA 進行清洗,，測試清洗劑濃度為 23% ～ 24%。而剛出現(xiàn)白色粉末的溶液中清洗劑的濃度為 16% ～ 18%,。再次驗證清洗劑與去離子水的配比濃度為 PCBA清洗后產(chǎn)生白色粉末的主因,。

　　3. 2 實物驗證

　　使用配比為1：3 的溶液、清洗溫度50℃以及合適的清洗時間,，清洗更加復(fù)雜的 PCBA 時(元件布局更加密集,，元器件引腳間距僅 0.5mm)，也未再出現(xiàn)白色粉末,。如圖 2 所示,。

　　4.通過式高壓噴淋清洗機PCBA清洗后白色粉末的形成原因及解決方案結(jié)語

　　在清洗不同助焊劑殘留物時，清洗劑濃度,、清洗時間,、清洗溫度 3 個因子是影響 PCBA 清洗的主要因子，如更換助焊劑或錫膏種類時,，可對該 3 個因子進行試驗設(shè)計,，通過試驗設(shè)計確定最優(yōu)清洗參數(shù)。