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高可靠性线路板气雾罐清洁的五种最佳方案
录入时间:2019/5/28 11:48:26
张呈波、李桐、秦旺洋、范从国 
(依工特种材料 (苏州) 有限公司) 
 
印刷电路板(PCB)的整个清洁过程中,气雾罐清洁方式为采用持续性的纯净清洗剂进行喷雾清洗,以用于去除各种助焊剂残留,并且气雾罐清洁过程中可有效避免引入其它污染物导致的二次污染问题。尽管气雾罐的清洁方法存在明显的优越性,但是这种手动式的清洁方法能否始终可靠地清洁电路板仍存在疑问。本文探讨了在气雾罐清洁过程中不同因素的影响,并提供了改善气雾罐清洁方式的建议。 
为更好的测试气雾罐的清洁效果,我们使用的Kester 品牌下的FL250D(Sn63Pb37)助焊膏焊接线路板,该免清洗型锡膏可连接两个QFN(方形扁平无引脚封装)和一个 QFP(四方扁平封装)。 两种元件(QFN B 和QFP)用Amerway#100 Type“R”非活化松香助焊剂熔化,以模拟返工。 QFN A 原封不动的留做对比,也可以用作检查是否存在交叉污染。 采用移液管加入两滴助焊剂,一个加到顶部,一个加到QFN B 的底部。向QFP 中加入四滴,每侧各一滴,然后采用手持式热风枪在 400°F 下对板进
行加热两分钟以确保焊接完成。 
使用Techspray 的G3 型助焊剂清洗剂(型号为1631-16S)气雾罐被用来测试清洗助焊剂的效果。选择Techspray 高性能 G3 型气雾罐溶剂,是因为它针对上述焊接过程中使用的“R”型非活性松香助焊剂具有优异清洁效果。所以用具有已知清洁效果的溶剂可以研究溶剂清洗方式对清洗的影响。线路板的清洁度是通过 64 倍显微镜下目视确定。 
一、使用延长导管来更精准的清洁并高效的利用清洗剂 
使用延长导管,可以更有效的控制气雾罐的清洗,从而避免过多的溶剂浪费。 延长导管也可用于准确管控溶剂的清洗方向。 该导管配件可有效的引导清洗剂清洁元件底部的助焊剂残留。 在没有延长导管配件的情况下,操作员工往往将清洗剂盲目的喷涂在目标区域(例如部件的侧面),从而导致大部分材料被浪费在被清洗元件的周围区域上,很少部分的清洗剂能渗透到元件底部(见图1)。 
 
二、有效的清洁元件底部助焊剂的方法 
最佳的清洗效果为第一步喷洗电子元件所有角落和侧面时,如只清洁一侧或一个角落不能充分清除在元件下方的紧密区域下形成的助焊剂。 喷涂角落首先清除裸露外面的助焊剂,然后喷洗侧面将其彻底冲洗掉。简而言之是一定要先打开清洗底部通道,这样随后的大量溶剂喷洗才会有效。 
 
图 1:未使用延长导管(左)和使用延长导管的气雾罐清洁过程对比 
由线路板的尺寸大小来决定是使用摆动喷雾或固定喷雾。 对于小部件,在部件侧面上使用固定方向喷雾就足够了; 然而,对于较大尺寸的工件,为取得更好额清洗效果需要在被清洗工件反复的喷雾清洗。 这种摆动喷雾使清洗剂更容易从许多角度渗透进入元件底部,类似于助焊剂喷洒方式。 
三、喷涂的角度如何影响效率? 
带延长导管的气雾罐清洗角度无论是 30°、45°或60°均对清洗效果无明显的影响。 一般呈向下或向上的角度就足够了。应首先考虑的助焊剂残留物的流出方向,才能更充分利用延长管。 当试图从元件底部去除助焊剂残留物时,以一定角度从上至下喷射线路板上元件,该角度能引导溶剂流进元件底部。 当将所有的助焊剂残留从元件下方清洁干净以后,从元件顶部喷洗,沿着边缘向外倾斜以将任何助焊剂残留物清理干净。 
四、正确或错误的方式使用清洁辅助工具 
采用毛刷和棉签清洗后,使得电路板看起来比它未清洗时更脏。使用毛刷和棉签清洗会元件周围部分残留已经溶解的助焊剂,然后干燥后留下白色残留,这就是常见的发白现象。在该应用中,没有任何一种聚氨酯泡沫型棉签能经久耐用,腐蚀性溶剂浸泡甚至会出现开裂或脱落现象。该操作的另外一个弊端是溶剂蒸发得太快,所以要最后淋洗一遍以达到最佳清洗效果(见图2). 如前所述, 千万不要让电路板表面快速变干, 当电路板干燥时,部分溶解的的助焊剂也会干燥,留下所谓的白色残留物。挥发较慢的蒸发溶剂,如IPA,可避免蒸发问题,但应进行漂洗流程(详见下面的漂洗制程)。 此外,一些溶剂在清洗过程可能会渗透到元件底部,但如果没有气雾罐喷吹的作用,元件底部的助焊剂残留物很难被清理干净。 
有部分气雾罐清洁剂喷嘴上直接连接毛刷,罐中溶剂以缓慢的速度流过毛刷(见图 3)。 这种气雾罐设计在欧洲品牌的助焊剂清洗剂中较为常见。 由于喷出溶液始终为纯净的溶剂,这使得带毛刷型的气雾罐比手动式清洁工具具有更优异的清洁效果。气雾罐上毛刷有助于刷洗助焊剂残留区域,因此有助于提升清洗效果。然而,带延长吸管型的气雾罐通过喷雾清洁力也能产生类似的效果。 
 
图 2:采用手持式毛刷清洁线路板。线路板处于润湿状态,然后使用刷子刷洗被清洗区域。第一张图中为进行最终的漂洗,第二张图显示助焊剂仍然有残留在线路板表面(发白现象)。
图 3:带毛刷配件的喷雾罐组合  
毛刷配件,如一般的手动式清洁工具,有可能引入新的污染物导致二次污染。 此外,为了使毛刷配件使用效率最佳,需使用另外单独的气雾罐来清洁元件底部并进行最后的漂洗。 像其它手持式工具一样,一些溶剂可能会在擦洗过程中在会渗透到元件底部,如果没有气雾罐喷吹的作用, 元件底部的助焊剂残留物被清理干净的可能性很小。因为使用毛刷清洗,需要使被清洗区域始终保持在溶剂润湿状态,也就是在整个清洗过程中使被清洗区域处于溶剂池中。这增加了助焊剂残留物又重新粘附在线路板板表面,而不是完全清除的可能性,故最后的淋洗步骤特别重要,以确保从板上除去所有助焊剂残留物(见图4、图5)。 
目前,市场上有一种带毛刷的单独的清洁毛刷配件,可以与气雾罐配套使用。 与常规的毛刷配件气雾罐相比,没有观察到该组合的特殊的清洁优点。 通常使用毛刷系统或配件来减少清洗剂的用量,但是该组合如果将漂洗溶剂用量计算在内并没有减少清洗剂的使用。 
图 4:带毛刷配件的气雾罐清洁(为使用单独的气雾罐清洁)。未使用预清洗或终端漂洗过程,在 QFN B 和 QFP 上分别发现白色残留现象
图 5:带有毛刷的喷雾罐组合清洁线路板(使用气雾罐进行预清洗以及终端漂洗)。在 QFN B 和 QFP 上清洁干净,未发现任何发白现象。 
五、必要的漂洗流程 
最后的淋洗是非常必要的。 该步骤确保元件底部和周围的所有溶剂化助焊剂残留物完全从板上流出,而不是重新留在板上的其它部位。 
总之,通过大量的实际应用而形成的高可靠性线路板气雾罐清洁的推荐方案,看似过于精益求精。 如果没有人会注意到,何苦要费力费时地彻底清洁电子元件的底部?答案是这一切都归结为对电子设备可靠性的需求程度。对于使用免清洗助焊剂组装的一次性电子设备,可靠性要求不高, 进行全面冲洗就可以获得可接受的结果。 而对于可靠性要求高的电子设备, 可靠性要求越高,清洗过程越要仔细。
使用上述技术,才会防止由于助焊剂残留的离子污染导致的电路板失效,确保线路板的高可靠性能。

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