清洗作为PCBA电子组装的工序之一，随着组装密度和复杂性的不断提高，在航空航天高可靠性产品的生产中再次成为焦点，越来越引起业界重视。为了提高电子产品的可靠性和质量，必须严格控制PCBA残留物的存在，必要时必须彻底清洗这些污染物。文章从生产制造和代工的角度系统进行清洗工艺的理论与实践探讨。

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。基本的组装过程是印制电路板组件，PCBA组装中软钎焊(即锡焊)过程是影响电气性能和可靠性的重要环节。根据中国赛宝实验室可靠性研究分析中心提供的PCBA电装品质问题分析统计，腐蚀、电迁移引起的短路、断路等后期使用失效问题占4%，是产品可靠性的几大危害之一。

过去人们对于清洗的认识还不够，主要是因为电子产品的PCBA组装密度不高，认为助焊剂残留是不导电的、良性的，不会影响到电气性能。

现如今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如果残留在两个焊盘之间有可能引起短路的潜在不良。

近两年来的电子组装业对于清洗的要求呼声越来越高，不但是对产品的要求，而且对环境的保护和人类的健康也较高要求，由此催生了许许多多的清洗设备供应商和方案供应商，清洗也成为电子组装行业的技术交流研讨的主要内容之一。

PCBA加工污染有哪些

污染物的定义为任何使PCBA的化学、物理或电气性能降低到不合格水平的表面沉积物、杂质、夹渣以及被吸附物。主要有以下几个方面:

1、构成PCBA的元器件、PCB的本身污染或氧化等都会带来PCBA板面污染;

2、PCBA在生产制造过程中，需使用锡膏、焊料、焊锡丝等来进行焊接，其中的助焊剂在焊接过程中会产生残留物于PCBA板面形成污染，是主要的污染物;

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表面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;

4、工作场地的尘埃，水及溶剂的蒸气、烟雾、微小颗粒有机物，以及静电引起的带电粒子附着于PCBA的污染。

以上说明污染物主要来源于组装工艺过程，特别是焊接工艺过程。

在焊接过程中，由于金属在加热的情况下会产生一薄层氧化膜，这将阻碍焊锡的浸润，影响焊接点合金的形成，容易出现虚焊、假焊现象。助焊剂具有脱氧的功能，它可以去掉焊盘和元器件的氧化膜，保证焊接过程顺利进行。所以，在焊接过程中需要助焊剂，助焊剂在焊接过程中对于良好焊点的形成，足够的镀通孔填充率起着至关重要的作用。

焊接中助焊剂的作用是清洗PCB板焊接表面上的氧化物使金属表面达到必要的清洁度，破坏融锡表面张力，防止焊接时焊料和焊接表面再度氧化、增加其扩散力，有助于热量传递到焊接区。助焊剂的主要成份是有机酸、树脂以及其他成分。高温和复杂的化学反应过程改变了助焊剂残留物的结构。残留物往往是多聚物、卤化物、同锡铅反应产生的金属盐，它们有较强的吸附性能，而溶解性极差，更难清洗。

污染有哪些危害

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，因为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；残留物会影响涂覆效果，会造成不能涂敷或涂覆不良的问题；也可能暂时发现不了，经过时间和环境温度的变化，出现涂层龟裂、翘皮，从而引起可靠性问题。

1、腐蚀案例见图

 

经电子探针分析，发现焊点表面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(CI)。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，后面在焊点表面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。如果PCBA组装时由于使用了铁底材底引线脚底元器件，铁底材由于缺乏焊料底覆盖，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。

2、电迁移案例

如果在PCBA表面有离子污染存在，极易发生电迁移现象，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现象称为树枝状分布(树突、枝晶、锡须)，枝晶的生长有可能造成电路局部短路。

如果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在进行必要的清洗后功能常常恢复正常。

3、电接触不良案例

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工作发热时或炎热气候下，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表面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。

PCBA污染物分类

PCBA上的污染物主要是依靠物理键结合与化学键结合产生。所谓“物理键”结合，是指污染物与PCB表面之间以分子间力相结合。通常物理键的键能相对较低，一般在0.8x103~2.1x104J/mol之间。附着在PCB上的松香、树脂、残胶等属于物理键结合。所谓“化学键”结合，是指污染物与PCB表面之间发生化学反应、形成原子之间的结合，生成离子化合物或共价化合物，如松香酸与金属形成的松香酸盐等。化学键的键能较强，在(4.2~8.4)x105J/mol之间。

对于PCBA的污染物，一般分为三大类型:

1、极性污染物(也叫无机污染物、离子性残留物、离子污染物)

PCBA上的这种污染物是在一定条件下(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分离为正负离子。

在潮湿的环境中，当电子部件加电时，极性污染物的离子就会朝着带相反极性的导体迁移，可在导体之间(如焊好的引脚之间)形成树枝状金属物质，引起导体之间的绝缘电阻下降，增加焊点或导线间的漏电流，甚至发生短路。

离子污染物主要有以下几种:

助焊剂活性剂

汗液

离子表面活性剂

乙醇胺

有机酸

电镀化学物质

2、非极性污染物(也叫有机污染物、非离子污染物)

PCBA上的这种污染物本身不导电，在电路板上可能相当于一个电阻(绝缘体)，可以阻止或减小电流的流通。较典型的是松香本身的树脂型残渣，波峰焊中的防氧化油，贴片机或插装机的油脂或蜡，焊接丁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、继电器等的接触表面之间的电接触，这些影响会随环境条件的变化及时间延长加剧，引起接触电阻增大，造成接触不良甚至开路失效。有时松香覆盖在焊点上还有碍测试，特别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。

离子污染物主要有以下几种:

松香

油

油脂

洗手液

硅树脂

胶

粒状污染物

PCBA清洗系统设计与工艺考量

随着环保理念的深入人心、破坏大气层的罪魁祸首氟利昂的禁用，业界寻找了免清洗工艺来节省成本和致力于环保，但随着组装密度和复杂性不断提高，引脚和焊盘之间的间隙越来越小，许多人开始担心电路板上的微粒对于电气性能潜在危害，随着使用时间的推移，不清洗PCBA可能会存在电化学迁移、漏电电流、高频电路中的信号失真等潜在风险。

近两年从国外开始重视起清洗问题，出现了许多的清洗设备供应商和方案公司，提供清洗设备、溶剂和清洗工艺服务。我国企业也相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。

对于清洗问题，在产品的生命周期中所有与产品有关的人员都必须把清洗纳入他们的计划中，从产品的策划设计开始就要考虚清洗的可制造性设计，PCB的设计、元器件的选择、组装工艺要求对产线的改造等等。

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问题。

1、控制PCB及元器件清洁度

来料PCB与元器件应保证表面无明显污染物，元器件表面的污染物也会因工艺原因带到PCB上。一般PCB的离子污染应控制在1.5mgNaCI/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。

2、防止PCBA转移过程污染

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，因此必须采取必要的措施，保证作业条件必要的清洁度要求。

3.焊料焊剂的选择

主要包括助焊剂、焊膏、焊锡条、焊锡丝。理想的焊剂在工艺中由于预热及焊接热，还有锡波的清洗，会使焊剂中的活性物质得到充分地利用，将清洁度保持到完好。此外，SMT使用的部分焊膏的残留物极多，而且去除极难。因此选用焊料焊剂非常重要，建议是从通过检测的产品中选择，并进行必要的工艺试验，使之与清洗过程相匹配，再确定使用。

4.加强工艺控制

PCBA的主要残留物来自焊剂。因此在保证焊接质量的条件下，适当提高焊接时的预热及焊接温度，以及必要的焊接时间，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，比如采用防潮树脂保护PCBA的表面，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。

在PCBA组装生产过程中，做好组装工夹具SMT钢网、焊接托盘的清洗其目的就是要防止污染，保证PCBA的洁净度。

5.使用清洗工艺

绝大部分的PCBA的离子污染在清洗前难达到小于1.5mgNaCI/cm2，许多要求高的PCBA，必须经过严格的清洗。清洗时既要针对松香或树脂，又要针对离子性的残留，根据化学上的相似相溶原理清洗。清洗就是残留物的溶解过程，因此必须使用极性与非极性的混合溶剂，才能有效的去除PCBA的残留。

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