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浅议电子清洗技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-12-24  浏览次数:3890
核心提示:印制电路板组件(PCBA)装焊后的清洗效果,直接关系到该产品的电气性能、工作寿命和可靠性。

陕西省电子学会生产技术与SMT专业委员会

龚俊杰   陈慧

[内容摘要]印制电路板组件(PCBA)装焊后的清洗效果,直接关系到该产品的电气性能、工作寿命和可靠性。本文介绍了我国电子清洗技术的发展现状、污染物的来源及危害分析、新的工艺方法、洁净度分级及指标、检测方法等。作者全程参与了电子行业军用标准(SJ20896-2003)《印制电路板组件装焊后的洁净度检测及分级》的起草制订工作。

概 述:

在电子产品生产中,把电子元件、器件、集成块等组装到印制电路板(PCBA)上,再经过波峰焊、回流焊及其他焊接后,会受到助焊剂、表面氧化物、手印、防护油脂等污染,是要彻底清洗,或一般水洗或免清洗,则是一项十分重要而技术性很强的工作,它直接影响到电子产品的工作寿命和可靠性,也关系到环境的保护和人类的健康。

随着电子技术的飞速发展,特别是SMT技术的普及与发展,我国的电子清洗技术有了很大的进步和发展。我们电子学会作为一个学术团体,通过组织各种学术交流活动,开展专题学术研讨会,承担部分国家下达的课题研究,有力地推动了我国电子清洗工艺技术的发展和提高。我们在担任中国电子学会生产技术分会装联专业委员会第四、五届委员会学术秘书期间,曾分别于19937月在昆明,199410月在江苏常熟两次召开《电子清洗技术专题学术研讨会》,邀请政府官员,专家学者作专题学术报告,学习了解有关国际公约及我国政府在限制使用CFC的步骤和减排目标,明确我国政府加入《蒙特利尔协议》等国际公约后,以国家环保总局领衔的中国保护臭氧层领导小组的一整套经济政策和具体措施。因此,在我国电子产业界如何取代CFC清洗,如何寻找新的清洗介质和清洗工艺方法,如何采用新型无铅焊料,以及推广使用免清洗技术,是摆在我们面前的重要任务。

污染物的来源及分类

清洗就是清除污染物的过程。印制电路板组件(PCBA)装焊后的清洗,其主要任务是清除焊接之后的助焊剂残余物。所以,清洗是有效而成功地清除各种污染物。

污染物的定义是:任何使基板或组件的化学、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。也就是“不管在组件板的哪个部位,污染物就是一种使组件性能降低到不合格水平的物质。”印制电路板组件受到污染的来源有以下几方面。

1)元器件引线上的污染   元器件引线上最常见的污染物是表层氧化物和手印的污染。形成表层氧化物的原因很多,主要是元器件存放的时间,环境、包装、检验等。手印的主要成份是汗水、肤油、氯化钠及护肤用品。

2)装联操作过程中产生的污染   装联操作过程中,对不需焊接的部件需要用掩膜保护起来,这种掩膜多采用胶带、热塑化合物、丁脂、氯胶乳、硅橡胶等。在焊接高温作用下,胶带粘结残留物会变成难以去除的污染物而残留在印制电路板组件表面上。

3)助焊剂的污染   一般有两类助焊剂的污染物,一是助焊剂扩散造成的污染物,另一种是助焊剂残留在印制板上的污染物。目前常用的松香型助焊剂,以及无机溶剂中的卤化物、氯化物或氢氧化物都可能变成有腐蚀性能的污染物。

4)焊接过程中的污染   印制电路板组件在焊接过程中会产生各种各类的污染,主要有印制板上微小的焊料球、焊糟内的浮渣、焊料中的金属夹杂、防护油脂以及其他的污染物。

5)工作环境的污染   工作场地的尘埃、水及溶剂的蒸汽、烟雾、微小颗粒有机物,以及静电引起的带电粒子,加重了对电子产品的污染。这些污染物造成的危害可分为化学的、物理的、机械的和光学的污染危害,以及对电气性能的损害。化学污染会造成氧化腐蚀,发生化学反应。物理污染主要指外观破损,由于湿气的凝聚,吸收和吸附作用,形成离子化污染,进而溶解、活化为潜在危害。这些污染危害,导致改变或终止电路的正常信号传输功能,出现中断电路或增加电阻,或局部发热,甚至电路短路。当在较高工作温度和潮湿作用下,还会产生漏电流、介电常数及损耗系数改变等不良现象,最终导致电子产品工作失效。

电子产品洁净度分级及洁净度指标

1995~1998年,我们承担了电子部电子科学研究院下达的预研课题,研究并起草电子行业标准,预研课题的全称是:‘印制电路板组件装焊后的洁净度检测及分级’,承担单位为电子部20所,工艺研究所等单位,参加课题的研究人员有:陈 慧、龚俊杰、杜海文以及有关检测人员等。经过几年的试验研究,广泛征求各界的修改补充意见,反复验证审核后,经信息产业部批准,现已正式发布为中华人民共和国电子行业军用标准,标准号为SJ20896-2003,从200431日起实施。

依据SJ20896-2003标准第4条,根据电子产 品可靠性及工作性能要求,将电子产品洁净度分为三个等级,如表1所示:

1  电子产品洁净度分级及洁净度指标

等级

洁净度指标要求

适用范围

溶剂萃取电阴率cm

离子污染物当量MgNad/c㎡

助焊剂残留量Ng Nad/ c㎡

I

>2×106

<1.5

<40

高可靠电子产品

>2×106

1.5~3.0

<100

耐用电子产品

>2×106

3.0~5.0

<200

一般电子产品

印制电路板组件洁净度标识

印制电路板组件洁净度标识如图所示

               Cx---  X,  X

洁净度等级

清洁部位选择                               清洁检测要求

          印制电路板组件洁净度标识

a)  C”(Cleanliness的第一个字母 C)作为洁净度标识,右下标表示洁净度等级,后接两位数字表示电路板组件的洁净度要求。

b) 右下标表示洁净度等级:

-表示洁净度指标应符合表1中等级Ⅰ的要求;

-表示洁净度指标应符合表1中等级Ⅱ的要求;

-表示洁净度指标应符合表1中等级Ⅲ的要求。

c)第一个数字表示清洁部位的选择:

0-没有表面要清洗

1-组装电路板单面要清洗;

2-组装电路板两面都要清洗。

d) 第二个数字表示清洁检测的要求

0-不需要做清洁度检测;

1-用目测法检测;

2-要求对溶剂萃取电阻率作检测;

3-要求对表面离子残留物含量作检测;

4-要求对助焊剂残留物的表面有机污染物作检测;

5-要求对松香助焊剂残留物作HPLC检测;

6由用户/制造者协商确定的其他检测。

示例1:  C1---23

     C-洁净度标识符号

         右下标1表示洁净度应符合表1中等级Ⅰ的指标要求:

         第一个数字“2” 印制电路板两面都要清洗;

         第二个数字“3”表示要对离子残留物含量作检测,当需注明两种以上检测方法时可用“/”表示。

印制电路板组件装焊后洁净度检测方法

1、目测法:用5~10倍放大镜观察,应看不到残留物或污染物的痕迹。

2、溶剂萃取的电阻率测试法:参见SJ20896-20036.2的规定。

3、离子污染物当量测试法(动态法):参见SJ20869-2003中第6.3的规定。

4、助焊剂残留物的检测——表面有机物污染物的检测方法参见SJ20896-2003中第6.4的规定。

5、松香助焊剂残余物分析——高新液相色谱法(简称HPLC法)参见SJ20896-2003中第6.5的规定。

 
 
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