印制电路板焊接后的清洗技术

印制电路板焊接后的清洗技术
李杨
（河南万象通信有限公司（760厂），河南，新乡，453059）
摘要：焊接是在电子设备的生产中重要的步骤，焊接后必须进行清洗才能保证电子设备的可靠性、电气指标和工作寿命。

本文介绍了电路板焊接后的几种清洗技术与它们的特点和适用性。

关键词：PCB、CFC、ODS、清洗工艺
Clean Technique after The Soldering of PCB
Li Yang
（No.760 factory , Henan, Xinxiang, 453059）
Abstract：The solder is an important step in the production of electronic equipments, clean after solder can offer the guarantee of the dependability, function and work life. This article introduced the clean technique and their characteristics and applicability of the PCB.
Key words：PCB、CFC、ODS、clean technique
电子产品焊接后的清洗效果，直接影响到该产品的可靠性、电气指标和工作寿命。

因此印制电路板的清洗方法，日益受到电子设备生产企业的重视，成为电子装联中保证可靠性的一道重要工序。

清洗实际上是一种去污染的工艺，为了正确选择清洗材料以及确定清洗工艺和清洗设备，必须对影响清洗的各种因素、污染物类型和有关清洗理论有全面的了解。

PCB焊接过程中引入的污染按性质和清洗对策可分为以下三类：
1、极性污染物，主要为卤素活化剂、手汗中的盐分、酸等，这些物质可导致导体之间绝缘电阻降低，在湿热状态下还会腐蚀线路。

这类污染应采用极性溶剂溶解清洗。

2、非极性污染物，主要为焊接后焊剂中残留的非极性污染物，包括松香、树脂、手汗中的油脂等，这些物质会影响测试探头的良好接触，并使保护涂层的附着能力降低。

这类污染应采用非极性溶剂溶解清洗。

3、物理颗粒污染物，主要有灰尘、反应产物（不溶物）、焊料小球等杂质。

这类污染一般采用机械方法，如加压冲洗、超声波等方式清洗。

（由于电子产品的特殊性，超声波的使用，要根据电子元器件的具体情况来定。

）
由于PCB板上的污染物是三类物质都有，因此清洗时要采取一种可将它们都除去的方法或流程。

常用的有：
（1）CFC-113中加入醇类，组成共沸物（组成中含有极性溶剂和非极性溶剂），进行超声或喷淋的方法。

（2）先用溶剂清洗，后用纯水漂洗的半水清洗法。

（3）在纯水中加入可溶解非极性污染物的皂化剂、表面活性剂等，进行超声或喷淋的水基清洗方法。

随着环保要求的提高，又开发出水溶性焊料、焊剂和免洗焊料、焊剂，相应又出现全使用纯水的水清洗法和不进行清洗的免清洗处理方式。

可见，清洗主要根据焊料、焊剂的选用而相应的分为溶剂型、半水型、水型、免洗四大类。

现阶段是各种清洗方法并存的时期，电子行业的工艺技术人员，应该了解清洗技术的特点和发展方向，根据自己产品的具体要求和企业特点选择不同的清洗方法，以保证产品的可靠性。

1 溶剂清洗
这类溶剂指的是非水型溶剂。

1.1 ODS类物质溶剂清洗
这类物质包括CFC-113、1,1,1-三氯乙烷等ODS（消耗大气臭氧层物质溶剂），常用的是CFC-113。

由于它们性能稳定，适合范围广，清洗效果好，可操作性好，易于回收，曾被我国很多单位广泛使用或现在仍有使用，是多年来电子产品电路板清洗的主要溶剂。

但由于其破坏大气臭氧层，国际上已决定全面禁止此类溶剂的使用。

作为“蒙特利尔议定书”的缔约国，我国已规定将在2006年全面禁止此类溶剂的使用，因此这种清洗方法将很快被淘汰。

1.2 替代ODS的溶剂清洗
目前CFC清洗的替代方法已有好几种，其中HCFC、HF C清洗溶剂是人们研究开发出ODP值（消耗大气臭氧层潜能值）很低或为0的含氟溶剂，其特点是：使用该溶剂的产品呈干燥性；材料、元件有很好的相溶性；无易燃危险；性能与CFC相似，和现在的CFC-113清洗设备完全兼容，对臭氧层的破坏系数仅为CFC的十分之一至几十分之一或无破坏性，其清洗方法与原CFC-113相近，原有的工艺设备基本上可以兼容，不需变动，被认为是目前过渡阶段推荐的替代物，清洗的效果达到CFC-113的清洗水平，清洗后杂质、离子残留物低于CFC水平，对表面绝缘电阻无不良影响。

缺点是：HCFC这种清洗溶剂虽然对大气层的破坏性很低，但还是起到了破坏作用，此类清洗溶剂及清洗工艺方法也将逐渐被淘汰，故只能作为一种清洗用的过渡物质。

而HFC虽然对臭氧层没有破坏作用，但温室效应系数较高，因此也属于受控物质。

另外，在电子工业中常见的非ODS清洗剂是醇类，优点是清洗松香焊剂效果非常好，与电子元器件所用材料相容性好，但由于它们的较易燃烧和爆炸，限制了它们的广泛使用。

许多大企业也开发了多种非ODS的溶剂清洗剂投入使用，如杜邦公司的Vertrel系列产品等，为一些ODP值为0的溶剂共沸物，其中有适合PCB清洗的种类，可以使用CFC-113的清洗设备。

但是，迄今为止，还没有一种替代物在适用范围和清洗效果上，都能和CFC-113相似的。

所以，人们正在研究一种对环境无影响，又能完全取代氟立昂的清洗剂。

1.3 非水溶剂清洗的设备与注意事项
溶剂清洗的设备一般为多槽式清洗机，可以完成浸洗（或附加超声波）、手工喷淋、漂洗、气相清洗和冷凝回收等功能。

非水溶剂清洗的注意事项主要有
（1）注意溶剂的污染性、可燃性、毒性等性质，慎重选用。

（2）充分利用材料的可回收性，尽量节约使用。

1.4 非水型溶剂清洗工艺路线
对于低沸点溶剂可选用：溶剂浸洗(可附加超声) → 溶剂喷淋→ 汽相漂洗→ 干燥
对于较高沸点溶剂可选用：溶剂浸洗(可附加超声) → 溶剂漂洗→ 洁净溶剂喷淋→ 干燥
2 半水清洗
2.1 半水清洗特点
先由溶剂分解松香、油脂杂质，后用水清洗极性污染和漂洗溶剂，由于这两种清洗工艺在一个设备内完成，故合称为半水清洗。

工艺包括两个部分：
溶剂清洗：通过溶剂洗涤、乳化，清洗去除印制板上焊剂的残渣和有机污染物。

这种溶剂要具有对非极性污染较好的溶解力，同时与水有较好的相容性，以利于下一步水漂洗。

水漂洗：用去离子水除去离子污染物和溶剂洗涤时留下的清洗剂。

半水清洗非常适合松香类焊剂、焊膏和经过波峰焊和再流焊后的SMA的清洗，过程控制简单，不需要复杂的控制就可以保持化学平衡。

半水清洗溶剂一般属于可燃溶剂，但闪点较高，使用上比较安全。

有的溶剂中添加少量水和表面活性剂制成乳化剂，既降低可燃性又可使漂洗更加容易。

溶剂分萜烯类、烃类溶剂等，目前常用的萜烯EC-7就是联合国环保署推荐的替代CFC-113清洗的商品之一。

2.2 半水清洗工艺设备与注意事项
目前半水清洗设备有在线清洗机和批量清洗机两类，在线清洗主要采用喷射方式，传送电路板组装件的数量大，适合高产量的印制板组件组装单位使用。

批量清洗机采用超声、离心和喷射等方式，它的产量小，适合中低产量的印制板组件组装厂使用。

半水清洗由于使用清洗剂各不相同，导致这种工艺的多样性，所以对不同的半水清洗工艺要使用相应的设备。

不论哪种工艺设备均要求有某种机械激励，目的是加强半水清洗溶剂与印制板的相互接触、碰撞，使清洗更加有效。

用来加强清洗的四种措施为：喷淋、溶剂槽内流动、在浸液下加压喷射和超声波。

半水清洗工艺有以下几点需要注意：
1、对于可燃溶剂，在以喷射方式使用时，必须有相应的保护措施（如氮气环境保护）。

2、废水处理要考虑，干燥步骤要可靠。

3、对于有些溶剂有有害气味或属于挥发物质，应加强通风等措施。

4、漂洗水的电阻率必须达到产品的要求，一般从100K到1兆，特殊产品要求更高。

2.3 半水清洗工艺流程
半水清洗工艺流程为：溶剂或乳化剂清洗（附加喷射、超声）→水漂洗（两道）→热风干燥
附属设备包括纯水制备、废水处理等。

3 水清洗
3.1 水清洗特点
水清洗方法又可分为以下两大类：
（1）在纯水中加入皂化剂、表面活性剂的水基清洗方式，可以对松香焊剂、油污、离子污染等进行清洗。

（2）使用纯水对水溶性焊料、焊剂进行清洗的纯水清洗。

其清洗特点有以下几点：
（1）安全性好
（2）配方组成自由度大，清洗范围广，对极性和非极性污染物都有良好的清洗效果
（3）价格低，原料易得
（4）允许使用超声波的情况下，洗涤效果更好。

3.2 水清洗工艺设备与注意事项
水清洗工艺设备主要由制纯水、清洗、废水处理三类设备组成。

水清洗设备分为以下三类：批次式水清洗设备，在一个清洗室内完成清洗、漂洗、干燥等步骤，适合中小批量和多品种、小批量生产使用；多槽式清洗设备，一般有四个槽，分别完成清洗、漂洗、吹干的步骤，一般有附加干燥箱完成最终干燥任务，可以手工操作或机械传送；在线式多槽清洗机，PCB由可调速大网隙传送带输送，整个机器内部一般有四个洗涤区域，两道风刀和热风干燥区域组成，并具有水加热功能，分别完成预洗、漂洗、切风、干燥的过程。

在线式多槽清洗机可以与前面的波峰焊、再流焊组成线上清洗，也可作为独立单元对经过手工补焊的印制板进行清洗。

由于电子设备对离子污染非常敏感，所以对清洗用水的要求非常高。

具体要求是：
（1）预洗和清洗可用软化水，或使用软化水配制成清洗液；
（2）漂洗应用去离子水；
（3）去离子水的等级应按照产品的要求来选择；一般情况下可用电阻率为50K~100K的纯水，对质量性能要求较高和表面涂敷的产品应选用1兆~18兆的纯水。

制纯水设备以自来水为原料制水，一般包括粗滤、细滤、去离子装置，去离子装置又分为电渗析、离子交换树脂、反渗透三种方法，具体使用要根据进水水质和用户所要求出水电阻率水平来设计方案。

清洗废水如果达不到国家的排放标准，必须经过污水处理达标后才能进行排放。

如果能作到污水处理后，废水再生循环利用，对环境就不造成污染。

污水处理设备应根据污水的污染物组成进行设计，一般都包含以下功能：过滤或沉淀颗粒物、去除油性污染、化学法沉淀金属离子、中和等。

由于使用水为清洗主要材料，所以在使用中必须注意以下几点：
（1）水质要保证达标，不能在清洗过程中因水质问题而引入新的污染。

（2）干燥要充分，否则对以后的保存、防护涂覆都有影响。

（3）针对焊剂、焊料不同，可选用皂化水洗、纯水洗。

（4）由于水洗不如溶剂清洗的宽容度高，因此，对工艺控制相应要求较严格，如水温、压力、走带速度、皂化剂含量等应综合考虑。

同时，清洗效果与印制板的装联密度也有一定的相关性。

3.3 水清洗工艺流程
水清洗工艺流程为：纯水或水基皂化液→ 水洗→ 切风→ 纯水漂洗→ 纯水漂洗→ 切风→ 热风干燥
附属设备包括纯水制备、废水处理等。

4 免清洗工艺
4.1 免清洗特点
免清洗技术是指在焊接后，不用任何溶剂进行清洗，直接进入下道工序的技术。

是实现完全淘汰ODS的最佳途径。