关于PCB组装焊接电路板的清洗工艺

 引言——关于电路板的清洗

现在电子产品的清洗有几点变化：

1）老一辈清洗工艺专家退休了，人员不断更新，老一辈清洗工艺专家的技术和经验没有传承下来，一些基础性的、低层次的清洗质量工艺技术问题反反复复的重现，这是最主要的；

2）清洗的要求提高了

随着人们对产品可靠性重要性认识程度的提高，清洗摆到了议事日程上来了：因为为了应对恶劣的使用环境，电路板必须作三防处理，而三防处理的前一道必不可少的工序就是要把电路板彻底清洗干净；

3）电路板的组装密度提高了

高密度清洗里的高密度，与我们经常提到的组装高密度不属于同一个概念，主要是指器件与PCB接触面积的高密度；就清洗难度而言，器件与PCB的接触面积越大，距离越窄，清洗难度越高，因此BTC器件，包括BGA、QFN、CCGA以及大面积高密度电连接器的广泛应用增加了清洗的难度；

4）过去一些传统的清洗工艺，例如超声清洗在电子组件的清洗中被列为禁用工艺；使用氟利昂的气相清洗被列为禁用工艺；ODS清洗剂被列为禁用清洗材料；ODS清洗剂的替代品被列为限用材料；无水乙醇（酒精）清洗因造成电路板产生白色污染被列为限用材料；水清洗因在不密封或半密封器件清洗后不易烘干受到局限；

5）“免清洗”被误导为不清洗；

6）松香助焊剂等中性助焊剂被误解“没有腐蚀作用”而不需要清洗；

7）除了常规的PCBA清洗外，微波模块、微组装组件和整机组装焊接的清洗问题没有得到妥善有效解决。

 目  标

依据GJB 451A的要求 “装备在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能、性能和（或）不被破坏的能力”。确定寿命期环境剖面；制定环境适应性设计准则，包括三防设计。依据GJB 451A的要求，规定必须进行“环境防护设计”。

二.污染物的危害

1.化学污染的危害

造成氧化腐蚀，发生化学反应。使金属机械强度下降，元器件引线断裂，印制线条断裂，金属化孔不良，可焊性下降，焊点变暗等严重现象。

2.物理污染的危害

物理污染主要指印制电路板组件外观损坏，或由于湿气的凝聚、吸收和吸附作用，形成离子化污染的溶解，进而活化潜在的污染的危害。物理污染会加速化学污染、光学和其它污染，带来更严重的危害。

3.机械污染的危害

产品在生产、使用过程中受到振动或摩擦的影响，造成印制表面与粘接剂界面的损伤与污染，还会产生镀层损伤，造成金属焊盘脱落及印制板组件脱离的危险。

4.光学污染的危害

在光敏电路中，由于污染物的聚集，影响了对光的吸收和反射，造成电路信号改变或终止。

由于上述化学的、物理的、机械的、光学的污染，造成对电路性能的危害，导致改变或终止电路的正常信号的功能，出现电路中断、电阻增加、局部发热氧化、甚至电路短路，当在较高温度和湿度作用下，还会产生漏电流，介电常数及损耗系数的改变等不良现象，最终导致产品失效。

印制电路板在焊接和清洗过程中，涉及的化学材料很多，如：Sn-Pb焊料及各种微量金属元素（铝、锌等），还有它们的氧化物，各种焊剂，如：松香性焊剂、水溶性焊剂等，焊膏中还有触变剂、溶剂等，电路板的层压材料、阻焊膜，空气中的潮气、氧气。清洗时的各种溶剂（含氯、氟的有机溶剂、酒精溶剂、水溶剂等），这么多化学材料，在焊接高温下和清洗过程中会发生化学反应。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，因焊点之间的电位差造成电迁移，使产品短路失效；残留物影响涂覆效果；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。

以常用的松香助焊剂为例：

常用的松香助焊剂由松香树脂组成，而松香树脂的主要成分是松香酸，松香酸的分子中有不饱和的双键，因此特别容易氧化。印制电路板在焊接受热时，松香酸迅速氧化,形成过氧化物和酮化合物，这些化学成分比原来的树脂更不容易溶于溶剂。这样，电路板清洗后在电路板表面就会有明显的不规则的白斑分布，而且电路板受热较厉害的部分更加明显。

同时，松香型焊剂在焊接过程中会产生聚合反应，松香型焊剂的聚合反应常常是因为电路板过度受热引起。焊剂中的松香本身是不溶于水的，但焊剂在储存和使用过程中，会吸收空气中的潮气，在用水清洗方式和含水酒精溶剂进行清洗时，同样会与水结合，发生水解反应。

当印制电路板进行焊接时，焊料表面和元器件的电极、引脚中的锡、铅、铜或铁等元素回合焊剂中的有机酸发生很复杂的化学反应，形成一系列复杂的化合物，其中以锡和铅的松香酸脂和海松酸甲酯为多，它们通常也是不溶于任何或含氯、含氟的溶剂。

焊剂当中的卤化物活性剂常用来提高焊剂的活性，但是在焊接过程中，这些活性剂会和各种成分发生复杂的反应形成金属的卤酸盐，通常是锡、铅、铜的氯化物，如果电路板不进行清洗，固化的松香紧紧地把这些氯化物给包裹起来，使它们的活性难以发挥。

在松香层被破坏后，就表现为白色的斑块，而且这些氯化物会进一步与空气当中的水分和二氧化碳发生反应，形成碳酸盐。上述这些反应物将造成对电路性能的危害，导致改变或终止电路的正常信号的功能，出现电路中断、电阻增加、局部发热氧化、甚至电路短路，当在较高温度和湿度作用下，还会产生漏电流，介电常数及损耗系数的改变等不良现象，最终导致产品失效。

污染造成PCBA失效的典型问题

1.腐蚀 

PCBA组装是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，导致电路失效。

2.电迁移  

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。见图1。

图1 锡基镀层的引脚上长出锡晶须造成引脚间的短路

3.电接触不良  

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他接插件，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，造成点接触失效。见图2。

图2  BGA焊点开裂造成电接触不良

  清洗的必要性

印制电路板组件是电子产品的核心部分，在印制电路板组件上组装焊接各种元器件、集成电路、芯片、各种电连接器、开关、组件时都必须涂覆助焊剂、焊膏等，再经过再流焊、波峰焊和手工焊才能完成印制电路板组件的组装焊接。

清洗是PCB组装中的重要工序，它对电子产品的质量和可靠性起着至关重要的作用，绝不是可有可无、或者说仅仅是为了外观好看、或者说单纯是为了环保的需求。

1.外观和电性能要求  PCBA的污染物最直观的影响是PCBA的外观，如果在高温高湿的环境中放置或使用，可能出现残留物吸潮发白现象。由于组件中大量使用无引线芯片、微型BGA、芯片级封装（CSP）和01005等，元件和电路板之间的距离缩小，尺寸微型化，组装密度也越来越大。如果卤化物藏在元件下面清洗不到的地方，局部清洗可能造成因卤化物释放而带来灾难性的后果。

2.三防漆涂覆需要 在进行表面涂覆之前，没有清洗掉的树脂残留物会导致保护层分层或出现裂纹；活性剂残留物可能引起涂层下面出现电化学迁移，导致涂层破裂保护失效。研究表明，通过清洗可以增加50%涂覆粘结率。

3.免清洗也需要清洗

按照现行标准，免清洗一词的意思是说电路板的残留物从化学的角度看是安全的，不会对电路板产线任何影响，可以留在电路板上。检测腐蚀、SIR、电迁移还有其他专门的检测手段主要是用来确定卤素/卤化物含量，进而确定免清洗的组装件在完成组装后的安全性。

然而，即使使用固含量低的免清洗助焊剂，仍会有或多或少的残留物，对于可靠性要求高的产品来讲，在电路板是不允许任何残留物或者污染物。

（1）什么是“免清洗洗助焊剂”？

从上个世纪的八十年代始，来自商业和军工背景的助焊剂专家组就在一起致力于助焊剂标准的研究，并由此产生了一个具有国际影响力的助焊剂规范——J-STD-004。从J-STD-004规范中可以看到，助焊剂分类主要是基于助焊剂活性和卤化物含量，而不是“免清洗”或者“清洗”。见图3。

图3  IPC-CH-65中对于残留分类的量化参考

“免清洗助焊剂”到底是什么概念？根据适用情况不同，组装之后，不同类型的助焊剂有不同的残留量。行业中俗称的“免清洗助焊剂”是助焊剂的统称，属于低残留助焊剂，即10%<残留量≤40%，在在焊接之后有稳定和良好的残留。

（2）助焊剂残留物的危害

1）残留物造成电化学迁移（ECM）

电化学迁移的主要过程是，焊点或导线上的金属溶解为导电金属盐，在电场作用下，金属离子通过水层朝着阴极方向迁移，并沉积在阴极；当越来越多的金属沉积在阴极，金属枝晶从阴极朝向阳极生长。迁移减小了板面的电气间隙，并由此带来短路等可靠性问题。组装残留物的存在增加了形成水层的风险，而水层为导电盐溶解和扩散提供了媒介。在较高的离子污染水平下，发生电化学迁移的风险大大增加。见图4。

图4 板面离子残留造成的电化学迁移

2）残留物与锡须（Tin Whisker）生长有关研究表明，将无铅元器件暴露在85℃，85%RH条件下500h，组装残留物浓度相对较高的元器件会生长出相对较长的锡须，而清洗后的元器件锡须生长明显得到抑制或减少。锡须生长到一定程度，会带来短路、信号干扰或发生金属蒸汽电弧等可靠性风险。见图5。

图5 助焊剂残留物附近焊点的锡须生长

（3）残留物会增加蠕变腐蚀和电迁移（EM）的风险，见图6。

图6 不当清洗造成的焊点变黑

PCBA贴装和结构的高密度化及元器件的微型化，使得相邻导体间的间距减小、PCBA上污染物的影响尤其突出。因此，即使使用“免清洗助焊剂”也必需对组装残留物进行彻底清洗，以保证产品在恶劣环境下的可靠性。

4.对于高可靠电子产品，不论是通孔插装还是表面组装，无论采用哪一种工艺，在再流焊、波峰焊、浸焊或者手工焊后，也无论选用哪一种助焊剂，包括采用免清洗助焊剂后，印制电路板组件都必须进行严格的、一丝不苟的、有效清洗，以除去助焊剂残留物和各种污染物。特别对于表面组装工艺和无铅焊接技术后，在高密度、高精度组装中，由于助焊剂可进入表面组装元器件和基板之间的微小间隙，从而使得清洗显得更加困难也更显重要和必要。

                印制板组件污染物的来源

1.元器件引线上的污染

最常见的污染物是表面氧化层和手印。形成表面氧化层的原因是元器件的存放时间、环境、包装等。手印的主要成分是水，肤油和氯化钠以及护手用品。

2.装联操作中产生的污染

在装联过程中，对不需要焊接的部位多采用胶带、热塑化合物等掩膜保护起来。在高温焊接作用下，胶带粘接残留物会变成难以去除的污染物，而残留在组件表面上。

3.助焊剂的污染

印制板组件在焊接后有两种污染现象，一是助焊剂扩散造成的污染物，二是助焊剂残留在PCB上的污染物。常用的有松香性助焊剂既无极溶剂中的卤化物、免清洗焊剂白色沉淀物等残留物。

4.焊接过程中的污染

PCBA在焊接过程中要产生各种污染，主要是PCB上微小的焊料球，焊料槽内浮渣、焊料中的金属夹渣、防护油脂等。

5.工作环境的污染

工作场地的尘埃、水及溶液剂的蒸汽、烟雾、微小颗粒有机物，以及静电引起的带电粒子。

  板级电路模块焊后清洗常见质量问题的分析

1. PCB引起的白色残留物

PCB引起的白色残留物，实质上是树脂残留物；是由于使用的环氧树脂及阻焊膜固化不完全，在PCB清洗后产生的。解决的办法是确保PCB制造过程中环氧树脂固化时间和阻焊膜的光、热固化完全。对广大PCB的用户主要是选择一个质量合格的PCB制造商，并在入厂检验时强化对光板的质量检验及进行必要的预清洗。

2.焊接过程中引起的白色残留物

使用松香类焊剂焊接时，在焊接的高温条件下，松香与溶融的锡铅合金发生化学反应，生成松香酸锡盐类。建议用稀释的松香水对这类白色残留物用刷子进行清洗，然后再用去离子水进行清洗。

3.焊剂引起的白色残留物

焊剂引起的白色残留物是清洗后PCB发白的主要原因；焊剂的固含量高，焊剂与清洗剂化学相容性不好，以及溶剂型焊剂、水溶性焊剂中含有的活性剂成分（常为卤化物）等均会形成很强的无机酸或有机酸；这些无机酸或有机酸不但能与金属氧化物起作用，也会与PCB上的金属线路及焊点本身发生反应，生成金属卤化物盐类，如PbCl2、PbBr2等。在高温下将生成PbCO3，它是白色残留物的来源；无机酸或有机酸也可与松香结合。

为解决焊剂引起的白色残留物的方法，首先应从改变焊剂的成分，降低固含量；尽量缩短焊接后到清洗工序的周转时间，最好在1h内完成清洗工序；并保证操作环境的干燥。

如果不能在1h内完成清洗工序，随着时间的延长，不但会使焊剂引起的白色残留物变得十分难以清洗干净，而且对于某些类似开关、继电器等接触类的电器部件的连接失效。

松香助焊剂残留物对PCA影响也是显而易见的：

松香是常用的焊剂，在电子工业中常用的是氢化松香脂，具有酸性很弱、绝缘电阻高（1×1013），焊后形成的膜性能稳定，使焊点及被焊件不受氧化的特点。松香由90%的松香酸和10%的中性物质组成，在焊接过程中松香酸和铜的氧化物发生化学反应，其反应式为：

在焊点周围产生金属碱，不溶于水，在常温下不产生腐蚀。但松香残留物具有吸湿性，在湿热条件下，松香膜易发白；同时松香具有粘性，会吸附大气中的灰尘和粒子，从而造成对PCA的污染和腐蚀，因此除一些消费类电子产品和低档次工业品外，松香助焊剂残留物必须彻底清洗干净。

4.清洗溶剂引起的发白

清洗溶剂引起的白色残留的物系松香酸与醇类清洗剂作用生成的松香脂，其结构与双萜类（EC-7R是一种从柑桔皮中提取出来的萜烯类有机物）相拟，当它挥发时会吸收周围空间的热量，若在潮湿的环境下，随着溶剂的挥发灰造成空气中水份冷凝，在PCB上留下白色残留物。

清除清洗溶剂引起的白色残留物的方法是使用醇与水混合液清洗剂，或在高压下用醇类清洗剂喷淋。

5.清洗过程中操作不当引起的发白

操作不当引起的白色残留物，是影响PCB清洁度的重要原因之一，若焊接后至清洗工序的时间过长，会给白色残留物的生成创造条件，尤其是松香或树脂型焊剂，更应在焊接后立即完成清洗，以便最低限度的减少白色残留物的生成。清洗时，温度在50~60℃，清洗时间一般为3~5min为宜，否则也会生成白色残留物。

6.关于清洗后元器件表面字符脱落问题

GJB3243规定，元器件应能承受40℃的清洗液中至少浸泡4min。如果清洗后元器件表面字符脱落则是由于元器件的外观质量不符合GJB 3243要求。

   高可靠PCBA对“白色污染物”的规定和要求

IPC-610E给出了某些污染物的评判分析，但同时又要求每个生产设施都应该建立一个以每种污染物容许残留值为基础的标准。本标准推荐采用下列测试方法建立相关的设施标准：基于J-STD-001采用离子萃取设备进行的污染物测试，以及如IPC-TM-650描述的环境条件下进行的绝缘阻抗测试和其他电气参数测试。 

结合IPC-610E对白色污染物的评判和分析，高可靠电子产品印制电路板组装件对白色污染物的合格要求应符合以下规定：

1.清洁，无可见助焊剂残留物。见图7。

2.洁净，无颗粒物。见图8。

3.无可见氯化物、碳酸盐和白色残留物。见图9。

4.清洁的金属表面轻微的转暗。见图10。

高可靠电子产品印制电路板组装件的洁净度要求必须满足QJ165B“离子污染度1.56ug（NaCl）/cm2或绝缘电阻值不小于100兆欧”的规定。

 高可靠PCBA对“白斑”的规定和要求

1.什么是“白斑”

白斑是“一种发生在层压基材内部，玻璃纤维在编织交叉处与树脂分离的情形，表现为在基材表面下分散的白色斑点或“十字纹”，通常和热应力有关。

2.“白色污染物”与“白斑”的区别

需要说明的是PCBA组装焊接清洗过程中产生的“白色污染物”与“白斑”属于两个不同的概念。

“白色污染物”是PCBA组装焊接清洗过程中产生的多余物，而“白斑”是一种发生在层压基材内部，玻璃纤维在编织交叉处与树脂分离的情形，表现为在基材表面下分散的白色斑点或十字纹。

3.GJB362B和QJ831B的作用

GJB362B是刚性印制板通用规范，QJ831B是航天用多层印制电路通用规范；GJB362B和QJ831B中的相关条款规定了对白斑的要求，是对印制板（PCB）的设计制造要求和验收标准。目前军品还没有印制板组件（PCBA）焊接后对白斑的规定要求。

4.GJB362B对白斑和微裂纹等的质量要求

（1）斑点

理想情况下应无斑点。斑点若属于下列情况可以接收：

1）斑点是半透明的；

2）斑点是显布纹，而不是分层或分离

3）孤立的斑点离导线的距离不小于0.25mm。或经过任何焊接操作后不扩大（凝胶颗粒不管在任何位置均可以接收）。

（2）白斑和裂纹

理想情况下应无白斑和裂纹。若属于下列情况可以接收：

1）若印制板不用于高电场，则白斑可接收；但白斑总面积应不大于印制板总面积的2%（两面计算），任何方向的尺寸应不大于0.80mm；且不使相邻导电图形之间桥接；

2）裂纹未使导电图形的间距减小到低于布设总图中规定的最小值；

3）热应力试验后裂纹不扩大；

4）板边缘的裂纹不应使板边缘与导线的间距减小到低于布设总图中规定的最小值；若未规定最小值，则间距的减小应不大于2.5mm；

5）裂纹不应超过相邻导线间距的50%。

5.QJ831B对白斑和微裂纹等的质量要求

（1）白斑和裂纹

如果不用于高电场，多层板上的白斑和裂纹应不大于多层板总面积的2%，在内层导线间，应不大于该处间距的25%，在任何方向上的尺寸应不大于0.8mm。

（2）表面下斑点

表面下斑点符合下列条件时，应判为合格：

1）当表面下斑点是半透明的，或确知为显露布纹而不是分层和分离；

2）孤立的斑点距导线的距离至少0.25mm；

3）经过任何焊接操作后不扩大。

6.对白斑的管控措施

为提高产品设计和组装焊接质量，实施可制造性设计和工艺过程控制是必不可少的。 我们应立足预防为主，在设计阶段就对不同等级PCB的可接受条件作出明确规定，其中包括PCB的验收要求；例如军品可以按照GJB362B的规定进行PCB的验收，这样就可以控制PCB供货的质量源头。 在此基础上，强化PCBA组装焊接工艺控制，就可以避免类似白斑、微裂纹、分层和起泡等质量问题的出现。

如果我们的印制板是按照GJB362B验收的，就可以排除PCB货源的问题。在组装焊接中出现“白斑”的原因基本上是焊接温度过高，例如军品焊接无铅BGA时峰值温度要达到240℃，或手工焊接时实际焊接温度过高，焊接时间过长，PCB的玻璃化转化温度过低等，需要引起我们的注意。

7.军品PCBA焊接后对白斑的规定要求

（1）SJ20385-2008《军用电子设备电气装配技术要求）

印制板组装件焊接后印制板不应有翘起、铜箔剥离、焊盘移位、桥接、溅射、印制板烧伤及阻焊膜起泡等现象。

（2）结合GJB362B和QJ831B对层压板的要求，印制板组装件焊接后印制板对白斑的要求应无斑点，无白斑和裂纹。

  PCBA制造装配焊接过程中的工艺质量控制

PCBA制造装配焊接过程中的工艺质量控制直接关系到PCBA组装焊接后的清洗工艺选择和清洗效果。前者是“因”，后者是“果”。

我们通过对PCBA污染物的来源的分析了解到，PCBA污染物的来源主要是通过元器件引线、装联操作、助焊剂、焊接过程和工作环境等五个途径产生的，强化对上述五个产生污染源的工艺质量控制将直接影响后续工艺的清洗质量。

过程控制比事后清洗更重要！

（一）与清洁度有关的元器件和PCB物料质量控制

1.元器件和PCB的可清洗性

（1）PCB：PCB的制造质量应符合QJ201和QJ831中相关化学性能的要求，PCB上标志油墨或涂料不应有物理损伤，标志仍应清晰可辨。

（2）元器件：GJB3243规定，元器件应能承受40℃的清洗液中至少浸泡4min。

2.通用元器件管理

（1）入库验收

验收时不应裸手触摸元器件的引线、焊端、连接片、导线等，以免影响元器件的可焊性。

（2）储存

1）库房内应标志明显、存放合理、排列有序、安全、整洁；存放环境应无腐蚀性气体，存放温度25℃±5℃、相对湿度55％～70％；温湿度应有记录；

2）元器件储存期：元器件储存期计算按QJ 2227A的规定，其储存期按照本要求规定的储存环境条件，参照QJ 2227A执行；

3）超出储存期的元器件应从元器件库中分离出来，进行电气性能指标和元器件引线或焊端的可焊性、共面性等工艺性测试，满足要求方可使用。

（3）出库配送

1）元器件出库使用时，应复查是否在贮存有效期内。

2）出库清点数量时不可用裸露的手触摸元器件的可焊端。

3. PCB管理

（1）入库验收

1）印制板的标识、外观、加工质量、表面涂层、图形是否符合有关规范的规定，数量、规格是否符合采购文件规定，是否有有效日期及合格证明文件；

2）PCB等级、PCB金属化孔的可焊性、PCB表面焊盘的可焊性、PCB的耐热性、PCB阻焊层、外包装及开封日期。

（2）储存

1）PCB复验合格后应进行真空包装，或采用防潮纸袋（或聚乙烯塑料袋）包装后放入电子干燥柜中储存。

2）PCB应在无腐蚀性气体的环境下密封储存，存放温度25℃±5℃、相对湿度55％～70％；

3）在规定的储存条件下，自出厂日期起，阻燃的环氧树脂纺织玻璃布基材（FR4）保存期限一般要求为6个月；对于超过库存期限的，应参照GJB4896，按3级板的要求重新进行性能试验，合格或经过适当处理后合格的仍可继续使用；

4）打开包装配送后剩余的PCB板，应及时重新装袋密封储存；

5）对超过库存期限的，应重新进行性能试验，合格或经适当处理后合格的仍可继续使用；

6）PCB的配、发料应遵循“先进先出”的原则，出库时应检查其是否在贮存有效期内；

7）配送过程中应防止受潮、受热、烈日直晒、雨淋、接触化学物品、机械损伤和重物堆压等。

（二）与清洁度有关的PCBA装配焊接环境要求

电气装配环境应干净整洁，通风良好，物理环境条件应满足下述要求：

1.温度：25℃±5℃；

2.湿度：相对湿度为30％～75％；相对湿度低于30％时，应采取更严格的

措施，防止静电放电敏感器件性能劣化和破坏；

3.照明：工作场地有良好的照明条件，一般工作台台面的光照度不低于500 lx，精密产品安装工作场地的光照度不低于750 lx；手工焊接的工作面和检验岗位的光照度应至少为1000lx。

4.洁净度：工作场地应整洁干净，洁净度按安装要求和产品精密程度有所区别，对精密产品安装工作场地的洁净度不低于10万级。

5.厂房内应划分工作区和非工作区，严禁无关人员进入工作区。

6.工作场地不得放置与生产无关的任何物品。

（三）与清洁度有关的PCBA装配焊接生产过程清洁度控制

1.元器件

（1）电子元器件在测试、烘烤 、周转和安装过程中应避免静电损伤、引线扭曲和变形；元器件包装开封后应在48h内焊接。

（2）成形前后禁止裸手触摸元器件引线。

（3）剪切多余导线或引线应使用留屑钳。

2.印制板

（1）印制板在装配前48h开封，在符合组件焊接环境要求的条件下，对拆除包装进入生产线的PCB，应在48h内完成全部焊接工序；

（2）打开包装后在空气中暴露的时间超过允许的暴露时间时，需对PCB板进行工艺性烘烤，烘烤条件为：烘烤温度120℃±5℃，烘烤时间4h~6h；

（3）组装前操作者应对PCB进行复查，对于印制焊盘氧化严重、加工质量低劣、表面污染严重的PCB不得进行装配，按不合格品处理；

（4）对于放置时间较长、表面较脏的PCB，在焊接前须用醮有航空汽油的脱脂棉球挤干后清洗2次～3次，室温晾干，以确保PCB焊接前表面清洁、干净。

3.多余物

（1）所有钻孔、锉、砂纸打磨等非电装工作都应在元器件安装前进行完毕。装配过程中不允许再机械加工；如必须加工，应规定专门的工艺措施及加工场地，以及预防和控制多余物的方法。如遇特殊情况，应经有关部门批准并采取防止多余物措施，才能进行非电装工作。

（2）应根据产品的特点和要求，识别多余物的来源和产生过程，制定并执行多余物控制措施，以有效地预防和控制多余物。

（3）工艺设计应将预防多余物的要求编入工艺规程，并合理地选择工艺方法和工艺流程。

（4）当接收物料时，应检查其表面有无锈蚀、发霉、氧化、老化、裂纹、划伤、折痕、起皮、毛刺及余屑等。

（5）焊接后应彻底清除多余焊剂及氧化层，去除残留物。

（6）工作台面要整洁，应及时去除焊锡、碎屑等多余物；应及时清理多余的料带和料盘，并存放在规定地点，焊膏使用后也必须及时清理封存。

（7）在生产区域的适宜位置设置装多余物的容器，专人负责。

4.半成品

（1）元器件被安装在印制板上，组装焊接前搬动、运送和加工的方式应防止对合格的焊点造成有害影响。焊接完成后，组装件应充分冷却，焊料固化后再进行搬动以防止焊料热裂。

（2）PCBA、半成品的传送应采用防静电盒、防静电周转箱、防静电周转车，传送过程中不应相互碰撞、摩擦，保护物料不受损伤。

（3）因缺料安装或其它原因，不能一次焊接完成的PCBA，必须清洗干净后放入防静电包装袋和PCBA插装架，放置在电子干燥柜里储存保管。

5.助焊剂选择

选择松香型免清洗助焊剂。助焊剂应采用符合GB9491中规定的R型或RMA型助焊剂，如使用RA型助焊剂应得到有关部门批准。

液体助焊剂也可用氢化松香加无水乙醇进行配制，然后作为搪锡和焊接时使用，参考配比为: 氢化松香:无水乙醇＝3:7。

（1）助焊剂一般要求

助焊剂应具有一定的化学活性、良好的润湿性，对焊料的扩展具有促进作用，留存于基板的焊剂残余物对基板无腐蚀性，具有良好的清洗性，氯的含有量在规定的范围内。

（2）推荐使用松香基、无卤素、低活性助焊剂，即R型。特定条件下，可使用中等活性无卤素松香基助焊剂（RMA型），免清洗工艺应选用松香（RO）、树脂（RE）、有机（IN）助焊剂无卤素中低活性助焊剂。

（3）外观

助焊剂外观应均匀一致、透明，无沉淀物及浑浊、分层现象，无异物；在有效保存期内，其颜色不应发生变化。

（4）物理化学特性的要求

1）黏度和比重比熔融焊料小，容易被置换；

2）助焊剂的比重可以用溶剂来稀释，密度在23℃时应为0.8g/cm3~0.95g/cm3；

3）表面张力比焊料小，润湿扩展速度比熔融焊料快，扩展率不小于90%；

4）熔点比焊料低，在焊料熔化之前助焊剂应先熔化；

5）不挥发物含量应不大于15%，焊接时不产生焊珠飞溅，也不应产生害气或刺激性气味；

6）焊后残留物少，且不应有侵蚀性、吸湿性和高导电率，表面的白色粉末易于清洗去除；

7）焊接后应无粘性，不沾手；

8）热稳定性好；在常温下储存稳定；

9）化学活性满足应用要求（能有效除去基底金属和钎料表面的氧化膜）；化学反应迅速。

（5）理化指标符合GB/T 9491 锡焊用液态焊剂

（松香基）的要求；

（6）焊料芯内的助焊剂应是中等活性松香焊剂。

（7）助焊剂配置

1）配方：氢化松香：无水乙醇=30%：70%（重量比）

2）配制方法：将氢化松香先捣碎倒入烧杯，再按比例倒入无水乙醇，然后用玻璃棍搅拌至完全溶解为止，再装入玻璃瓶内，加盖密封存放，并注明配制日期，使用时用比重计检验调整合格。

6.装配焊接

（1）电装焊接过程必须戴白色手套操作，无论是操作工人、管理者或参观者都不得用裸手直接接触PCBA。即使戴了手套也不允许与PCB表面和元器件直接接触，而应该如图11所示。

（2）助焊剂使用适量，助焊剂过多有害无益。

应该正确认识手工焊接中助焊剂的作用。

在手工焊接中，助焊剂是保证高质量焊接必不可少的关键因素之一；起到除去金属被焊表面的氧化物和污染物、防止清洁过的金属在暴露于氧气中使金属表面不被再次氧化以及辅助烙铁头的热量传递到被焊金属的三大作用。见图12。

图12 助焊剂在焊料熔化前浸润焊盘及金属化孔

图13  在助焊剂润湿作用下，焊料扩散到焊盘及金属化孔形成良好的焊点

在助焊剂润湿作用下，焊料扩散到焊盘及金属化孔形成良好的焊点见图13；然而，在焊接中过多的使用助焊剂恰是有害的：

1）助焊剂使用过量会引发长期的可靠性问题；

2）影响在线测试仪针床的接触；

3）太多的助焊剂会产生电子迁移，即金属须；

4）会产生更多的助焊剂残留物，影响清洗的效果。

在手工焊接中产生过多使用助焊剂的主要原因，一是PCB焊盘和元器件引脚/焊端氧化，工人借助助焊剂去除PCB和元器件焊盘氧化物；二是操作人员误认为助焊剂多用些有利于加快焊接速度。因此，确保PCB焊盘和元器件引脚/焊端的可焊性是减少助焊剂残余物的有效手段之一。

（3）使用带助焊剂的焊丝，尽可能避免使用其它助焊剂。

（4）严禁甩锡，防止产生多余物。

PCBA清洗后洁净度要求

1.洁净度需要考虑的因素 （1）终端使用环境（航天、医疗、军事、汽车、信息科技等）。 （2）产品的设计/服役周期（90天、3年、20年、50年、保质期+1天）。 （3）涉及的技术（高频、高阻抗、电源）。 （4）失效现象与标准所定义的终端产品1、2、3级相对应的产品（例如：   移动电话、心率调整器）。 

2.洁净度指标要求

（1）按GJB3838-1999《表面安装印制电路板组装件通用要求》

表面安装的印制电路板组装件按GB4677.22的方法进行检测时，萃取溶液的电阻率应不小于2×106Ωm，同时应符合以下要求：

1）组装件清洗后表面清洁，无助焊剂残留物，但允许有免清洗焊剂残留物（除非组装件进行敷形涂覆）。

2）组装件清洁，无固态颗粒

3）表面清洁，无氯化物和碳酸盐

4）表面无指印痕或指痕仅在组装件边缘的非导电区表面上。

5）金属表面清洁，有光泽，无腐蚀。  

6）无白色残留物

（2）按 SJ20883-2003《印制电路板组件装焊后的清洁度检测及分级》规定

SJ20883-2003对印制电路板组件装焊后的清洁度的规定：

表1

1）残余离子：按GB4677.22的方法进行检测，清洗后的PCBA上所包含的氯化钠等价离子或可离子化的助焊剂残留物应不大于1.56μg/cm2。

2）残余松香：采用仪器检测：按GB 4677.22的方法进行检测，三级电子产品：残余松香总量应不大于40μg/cm2；采用目视检测，三级电子产品：元器件四周应无残余松香。

3）表面绝缘电阻：按GB4677.22的方法进行检测，清洗后印制板组装件表面绝缘电阻应不小于100MΩ。

表2 电子产品清洗等级及洁净度标准

（3）按 QJ165B-2014《航天电子电气产品安装通用要求》离子污染度1.56ug（NaCl）/cm2；绝缘电阻值不小于100兆欧。

（4）国外标准

1）美国军标MIL-P-28809规定离子污染度含量为2.1ugNaCl/cm2。

2）美国ANSI/J-STD-001B《工业连接标准-电子和电子的装配焊接要求》规定离子污染度含量为<1.5 ugNaCl/cm2。

3）美国《焊接工艺规定的离子污染物含量值》使用再流焊、波峰焊时<9.4 ugNaCl/cm2。

4）IPC-610E的规定

清洁，无可见残留物。洁净，无颗粒物。无可见氯化物、碳酸盐和白色残留物。免洗工艺外观助焊剂残留物—助焊剂残留在非公共焊盘、元器件引线或导体上，或其周围，或跨接在它们之间；助焊剂残留物不妨碍目视检查；助捍剂残留物不妨碍接近组件的测试点。表面外观：清洁的金属表面轻微的转暗。

3.没有污染物

4.对元器件和PCB不产生损伤，例如元器件和PCB上字符脱落及损伤等。

5.绿色环保无污染零排放

PCBA焊接后清洗，不仅要保证上述要求，而且要求清洗工艺绿色环保，清洗液为无污染，零排放，不应对人员和设备造成损伤，不破坏生态环境。清洗不合格见图14。

图14  清洗不合格示例

                PCBA清洗工艺设计

1.PCBA设备清洗工艺的可制造性设计（DFM）

PCBA设备清洗工艺的设计需要从DFM源头开始进行。

（1）元件的最佳排列方向与最小的元件贴放间距；

（2）元器件之间，元器件和PCB之间应有一定的间隔，确保清洗液能够流动。

（3）喷射元件底部污染物的最小障碍；

（4）清洗化学剂的高能喷射器的使用；

（5）冲刷（液态颗粒小于元件与板层之间的空间）用的微细喷雾器的使用

（6）消除“阴影”的措施。较高的元件放置在离喷雾嘴最远的位置；无源片式与圆柱形元件的长轴垂直于喷雾方向；双排和短引脚的集成电路（SOIC）元件的长边沿喷雾方向放置；正方形扁平封装QFP、陶瓷芯片载体LCCC等元件的排列方向，应使其主边与喷雾方向成垂直。

2.PCBA设备清洗工艺基本步骤

PCBA设备清洗工艺基本步骤见图15。

图15  PCBA设备清洗工艺基本步骤

3.选择清洗工艺方法需要考虑的因素

（1）电子产品的种类范围，见表2

（2）产品的使用环境

当电子产品经常处于高温、高湿恶劣条件下工作时，必须严格清洗，严格控制离子污染度。

（3）焊接工艺方法

不同的助焊剂应选用不同的清洗工艺方法。例如：对于水溶性焊剂可选用水清洗、皂化剂清洗；对于松香型焊剂（包括R、RMA、RA等）可选用有机溶剂（乙醇等）、皂化液、水溶剂清洗。

（4）产品设计及结构特点

不同的结构设计、不同密度的表面贴装工艺应选择不同的清洗方法。对于小间距、高密度的表面组装件，应有较高的清洁度要求，并考虑元器件、组件的各种材料与清洗溶剂的相容性，保证不会受到损坏和损伤。PCBA的安装密度不同，清洗方法也应不同；尤其对于底部与PCB接触面较大并且高度很低的元器件的清洗（例如BGA及大型电连接器等）显得较为困难。

（5）清洗成本

清洗工艺方案的选择与产品的生产批量有着直接的关系，一般情况下，设备清洗仅仅使用在产品的批量生产或对产品有特殊需要的场合。对于产量不大，单件或几十、上百件产品，选择设备清洗成本太高；此时可选择手工二次清洗方式，即产品电装后先选择合适的清洗剂用手工进行第一次清洗，待产品调试合格进行三防处理前再用去离子水彻底清洗，实践证明，此方法也不失为一种选择。在满足清洗质量的前提下，尽量降低清洗费用。

（6）环保法规的制约

清洗工艺方案的选择要考虑到环保因素，既要考虑对人体有无副作用，又要关注清洗后的污垢对环境的影响，这两条都必须满足环保法规的要求。

4.清洗剂选择

选择清洗液时，除了应考虑污染物的类型，还要注意：清洗液必须与元器件封装、PCB表面、金属镀层、铝镀层、标签、丝印和字迹等材料相容，某些特殊的部件还需考虑能否经受清洗。

4.1清洗剂的要求与特性

（1）清洗剂的溶解性

对污染物有较强的溶解能力，能有效的溶解和去除污染杂质，不留残迹和斑痕；

（2）清洗剂的兼容性

与设备和元器件有良好的兼容性，不腐蚀设备和元器件，操作简便；

（3）清洗剂的穿透性

表面张力低，有利于穿透元件与基板间的狭窄缝隙，能在满足GJB3243规定的40℃清洗温度及4min时间内达到预期的清洗效果，清洗效率高；

（4）清洗剂的安全性

清洗溶剂应具有安全、无毒或低毒等特性，可操作性能良好，对解除材料无腐蚀或弱腐蚀，并具有不燃性和低毒性；其人体接触允许最低限度（TWA值）必须符合规定；

（5）清洗溶剂的化学性能和热稳定性良好，在贮存和使用期间不发生分解，不与其他物质发生化学反应；

（6）不燃、不爆，物理化学性能稳定；

（7）性价比高，耗用量小，易于回收利用；

（8）对环境无害，为非ODS物质。

4.2手工清洗清洗剂选用

应根据不同清洗对象选择相应的清洗溶剂。常用的溶剂有120#航空洗涤汽油、无水乙醇、去离子水、异丙醇、正溴丙烷等。化学试剂非芯片类产品应选分析纯以上级别，芯片类产品应选MOS级别进行清洗。

4.3清洗剂的种类

（1）禁限用清洗剂

1）CFC清洗剂

以往，在PCBA的清洗中我们曾广泛使用CFC清洗剂，CFC清洗剂以CFC-113为主要成分。

CFC-113（即氯氟烃溶液）曾广泛应用于PCB组装焊接的清洗工序，是清洗松香型焊剂及油脂残留物的优良溶剂，其主要特点是清洗性能好，去污性强；清洗、干燥温度低，清洗速度快；化学稳定性好，相容性好。

CFC-113是电子清洗领域的理想溶剂，但由于CFC-113的主要成分是氟里昂（Freon），对大气臭氧层起到破坏作用，已被联合国列为第一类禁用物质，将于2010年被完全禁止使用，1987年我国政府已经在《关于消耗臭氧层物质蒙特利尔议定书》上签字，1991年加入《蒙特利尔议定书》伦敦修定案，承诺2005年停止使用ODS清洗剂。

2）限用清洗剂

近年来开发出了取代CFC-113的过渡性质—含氢氯氟烃HCFC和含氯氟烃HFC；HCFC和HFC与CFC-113相比，只是降低了对大气臭氧层起到破坏作用，也将在2030年被完全禁止使用，因此国际上正集中精力开发非ODS清洗剂。

（2）绿色清洗剂—非ODS清洗剂

1）水基清洗剂；

2）烃类清洗剂；例如Axarel系列，EC-7系列等；

Axarel系列清洗剂是由美国Du Pont公司开发的清洗剂，在半水清洗中使用最多。Axarel系列清洗剂具有无异味，闪点高，毒性低，对松香溶解能力强，去除离子污染物的能力较强，工艺设备简单等优点。

BIOACT EC-7和BIOACT EC-ULTRA是由美国Petroferm公司开发的清洗剂，是一种从柑桔皮中提取出来的萜烯类有机物，是一种无毒性、无氯、无ODS、对金属不腐蚀的清洗剂，能溶解松香焊剂。它的缺点是闪点低，气味不佳，用它清洗后还需要用纯水漂洗再烘干，成本较高。

3）萜烯类清洗剂

例如BIOACT  EC-7和BIOACT EC-ULTRA是由美国Petroferm公司开发的清洗剂，是一种从柑桔皮中提取出来的萜烯类有机物，是一种无毒性、无氯、无ODS、对金属不腐蚀的清洗剂，能溶解松香焊剂。它的缺点是闪点低，气味不佳，用它清洗后还需要用纯水漂洗再烘干，成本较高。

4）醇类清洗剂，例如乙醇、异丙醇等；

无水乙醇是大部分军工单位进行手工清洗的主要清洗剂。其主要特点是清洗速度快，挥发快，但无水乙醇属于易燃易爆物质，不能作为自动清洗使用，安全性差；同时由于无水乙醇清洗后PCB板面发白，在部分单位已经淘汰。

5）120#航空洗涤汽油；

120#航空洗涤汽油作为清洗剂已经应用多年，2003年被航天标准列为PCB板清洗剂，与无水乙醇相比，120#航空洗涤汽油清洗后具有PCB板面不发白的优点。

6）酮类清洗剂；

7）脂类清洗剂；

8）醚类清洗剂。 

5.清洗方法选择

清洗工艺方法的选择。通常根据助焊剂的类型确定。助焊剂不同，焊接后残留物的物理、化学性质也不相同，其清洗难度也不一样。因此要根据所使用的助焊剂，选择不同的清洗剂和清洗方法。见图16。

图16  常用助焊剂可选择的清洗方法

6.清洗工艺过程控制要求

（1）松香型助焊剂焊后尽量在当天完成清洗；

（2）水溶性助焊剂对焊点有腐蚀作用，焊接后必须立即清洗，最多不超过1h；

（3）清洗后立即用水溶性助焊剂和水溶性焊锡丝修板；

（4）修过的PCBA必须在1h内再清洗；

（5）然后进行检验和测试（不合格的再修板，再清洗，再检验）

（6）性能指标合格的PCBA还需要清洗、烘干，做三防处理。

要求整个焊接、清洗和三防工艺应在一个班上完成。连贯起来做，对提高质量和合格产品直通率有好处。

小批量（单块、单批次）多品种PCBA手工清洗

小批量（单块、单批次）多品种PCBA焊接后手工清洗看似简单却也有如何才能真正有效的清洗干净的考虑。

1.PCBA手工清洗方法工艺设计

PCBA 从电装完成到其最终交付至少需经过四次清洗过程：

第一次是在电装焊接完成后，工人就会按工艺规程进行清洗，然后交给质量检验人员进行检验，是为及时清除焊接过程中焊膏焊剂的残留；第一次清洗是100%清洗。

第二次是在产品第一次检验后。目前我们的一次通过率不可能达到 100%，返工返修（或电装整修）在所难免，例如焊点修整等，这样即使在调试前就至少有 1~2 次清洗；

第三次是在调试后；PCBA电装检验合格交设计人员进行调试，存在元器件更换和焊点修整，这就会产生第三次清洗；然后把基本干净的，满足 IPC 要求的PCBA交给化工部门，进行三防前的彻底清洗，满足军品要求，然后进行三防处理。

第二次和第三次是局部清洗。

第四次清洗是在三防喷涂前的彻底清洗，一般情况下，完成焊接后的模块先进行调试，确保无故障后，再经三防处理后进行相关环境试验。由于在单板调试、整机装配等过程中会引入沾污，因此在三防前还需要作第四次清洗”。  

（1）PCBA设计（DFM）—电装焊接—清洗—三防—返修五道程序步步相扣，前后衔接，形成一个完整的产业链。

（2）PCBA手工焊接焊后立即“逐点清洗”。

（3）自动焊接后确保焊后1小时内清洗。

（4）调试后返工返修后也采取逐点清洗。

这样做的优点是到三防前清洗时，PCBA基本上是干净的，达到按一般民用产品已经不需要清洗的清洁度。针对产品的使用要求，还必须在三防前进行一次彻底的清洗，以满足 SJ20883的1.56NaCl/cm2 洁净度的要求。

（5）三防处理过的PCBA需要电装返工返修的，首先由电装工艺人员编制电装返工返修工艺规程卡，交付化工工艺人员编制三防漆清除工艺，并由操作人员实施；三防漆清除干净后，再又电装工人按电装返工返修工艺规程进行返工返修，逐点清洗；然后再移交化工工艺进行三防处理。 所以是一个严格的工艺过程控制。单纯的考量清洗和三防，难免会出质量问题。

（6）关于PCBA焊接后的清洗，应考虑助焊剂的化学特性，焊接方式，清洗方式和清洗概率。

（7）无论采用哪一种助焊剂，包括免清洗助焊剂、松香助焊剂，都必须100%清洗。

（8）单件，小批次的PCBA手工焊接，焊接后逐点清洗，如集中清洗，焊接到清洗的时间间隔控制在1 小时内清洗效果最好，如等到助焊剂彻底硬化，清洗要困难的多；如果采用自动焊（波峰焊或再流焊），应选择自动清洗。

（9）PCBA手工清洗建议用120#航空洗涤汽油进行焊接后逐点清洗，效果远远好于用乙醇清洗，不会产生用乙醇清洗那样的白色污染物，同时，120#航空洗涤汽油清洗PCBA也已列入航天标准，其余操作方法与使用乙醇一致。

（10）使用自动焊接后的清洗和三防前的彻底清洗的清洗剂的选择

如果要确保洁净度满足1.56NaCl/cm2，又要达到绿色环保无公害及零排放这些要求，建议选用美国DUPOUT公司的AXAREL-32或AXAREL-36清洗液。

（11）为什么选择“逐点清洗”

手工清洗有逐点清洗，整板刷洗，整板泡洗......。后两种的弊病很多，例如不适合非密封器件，不适宜涂有硅脂的PCBA，而且会使污染扩大化—因为首次清洗的板子是很脏的。“逐点清洗”名义上听起来不可取，实际上正是解决了上述整板刷洗，整板泡洗的缺陷；在 PCBA不干净的情况下，避免污染扩大化，为后面的三防前的彻底清洗创造条件。”

（12）“逐点清洗”的把控

“逐点清洗”怎么把控？目的是既不要使残余物固化给清洗造成困难，又要避免焊点未彻底冷却就去清洗，导致焊点内部产生气泡。例如，对于片式元件可以焊几个清洗，QFP可以焊一侧清洗另一侧等。我们电装辅助材料的选择应进行优化设计，例如，助焊剂的化学特性，无非是松香树脂型，有机型和无机型几种；如果焊膏里的助焊剂选择松香型免清洗助焊剂，而手工焊用有机类助焊剂，将对板子产生难以弥补的后果。我们在做方案时，把焊膏、焊丝、助焊剂和清洗剂选择同一个公司，效果是非常好的。

“逐点清洗”不是焊一点清洗一点，也不是整块板子或整批板子焊完后再”逐点清洗“，只要符合焊点自然冷却了这个条件，操作工人焊完十点，然后“逐点清洗”可以，焊完二十点后“逐点清洗”也可以，但最长间隔时间不超过1小时—原则是尽可能缩短焊接到清洗之间的时间；通过实践，我们的工人已经体会到，越早清洗越好洗。如果我们把基本上不干净的板子进行自动清洗，后患无穷，尤其对一些非密封器件，大量的污染物进入器件里面，怎么清洗干净？

（13）培训

由于新人不断增加，部分产品外协，任务一多就会出现焊了一块PCBA 或多块PCBA后集中手工清洗的做法，给清洗增加难度；而我们的要求是第一次电装焊接清洗后基板上满足一般民品的洁净度要求。因此，工艺人员每年至少2次对工人进行培训，使其不仅“知其然，也知其所以然”。事实证明，这样做以后给三防前的清洗提供了许多方便。对于PCBA的清洗，绝大部分企业问题都不大；问题出在由于清洗剂与助焊剂的不匹配，导致出现白色污染物；目前国内在SMT清洗技术上还没有彻底突破的是高密度BTC器件焊接后的清洗问题。

2.PCBA手工逐点清洗方法

（1）将无纺布或脱脂棉花拧成小棉球，其大小根据需要而定，并用120#航空洗涤汽油浸润存放在玻璃瓶内备用。

（2）元器件焊端/引脚焊接后，待焊点自然冷却后逐点清洗；不允许用嘴吹和使用其它冷却方法。

（3）所有焊点应在焊接完成1小时内完成焊点清洗，防止由于装焊结束到完成清洗之间的时间延长而导致增加清洗的难度甚至无法清洗干净。

（4）用镊子夹无纺布或棉球对焊点及残余助焊剂及油垢、污物等杂质进行清洗。

（5）每次擦洗时无纺布或棉球上的120#航空洗涤汽油不宜过多，以防扩大清洗面积和在清洗时清洗液到处流散，特别是接插件、电子管座和半密封器件、塑料件等更要注意。

（6）擦洗过的无纺布或棉球应集中存放，以便于回收和保持工作台的清洁。

（7）擦洗过的产品在室温环境中自然晾干。

3.刷洗

（1）对于装焊好的印制电路板，可斜放在搪瓷盘上用120#航空洗涤汽油用防静电毛刷进行刷洗；不允许浸泡，并注意应及时更换清洗液，清洗完毕，将印制电路板立放，使其表面的120#航空洗涤汽油挥发晾干。

（2）手工刷洗只能粗略清除印制电路板上焊剂的作用，易产生静电，容易损坏CMOS电路。

4.手工逐点清洗在电子设备单元模块和整机电装焊接中的应用

相对于PCBA可以选择设备进行自动清洗，电子设备单元模块和整机电装焊接后只能选择手工逐点清洗。例如众多的射频电缆组件中射频电缆芯线与射频连接器插针的焊后清洗，多芯电缆组件导线/电缆芯线与连接器接触件的焊后清洗，电子设备单元模块和整机无数导线芯线与PCBA金属化孔的焊后清洗以及与其它电器器件之间的焊后清洗，都只能进行焊接后手工逐点清洗，而别无其他方法。

在实际操作中工艺人员和操作人员往往注重PCBA的焊后清洗，因为那是看得见的，而上述导线/电缆芯线与众多电器器件之间焊后清洁度如何是“看不见”的。有的被安装与部件内部，例如射频电缆组件的射频头和多芯电缆组件的连接器；有的焊接后被套上套管或热缩套管热缩封闭；但在一定的应力环境下，例如高温高湿、盐雾的环境下，同样会产生腐蚀作用。

因此，我们更应该高度重视和强调电子设备单元模块和整机电装焊接后的焊后清洗，尽可能减少助焊剂残余物。

                 PCBA设备清洗工艺设计

与手工清洗一样，PCBA的设备清洗同样有着一个严格的过程控制，要求达到绿色环保无污染零排放。

1.溶剂清洗

首先应根据残留物的类型选择清洗溶剂，再此基础上在选择适合这种溶剂的清洗工艺方法。装焊后常见的残留物是焊剂、焊膏的氧化物与聚合物。

喷洗：在闭合容器中，清洗剂以一定的压力形成的漂洗流在大气中对被洗物进行冲洗；喷洗有批量清洗和连续清洗。

浸洗：在清洗槽中加入清洗液，将被清洗物浸润其中的清洗方法；浸洗有喷流清洗、离心清洗和半水乳化清洗。

汽相清洗：应用汽相清洗机。

2.汽相清洗和半水清洗

按QJ165B的规定PCBA设备清洗推荐汽相清洗和半水清洗。

汽相清洗所采用的清洗剂必须符合国家规定的环保型清洗剂。

半水清洗适用于安装密封元器件的PCBA的清洗。

不允许把超声清洗使用于已经安装内部有电气连接点的元器件的PCBA的清洗。

3.严格控制焊接过程助焊剂残留物

（1）严格控制再流焊焊接过程助焊剂残留物及杂质

1）钎料残渣

钎料残渣是在再流焊焊接过程中焊膏受污染或变质或再流温度曲线选择不当所形成的小的球状或不规则状的钎料球。见图17。

2）带热沉焊盘QFN等元器件的角部或边中部位的焊剂聚集，造成原因是焊膏中固含量多，热沉焊盘上焊膏多。见图18。

图17

图18  焊点上覆盖有很厚的焊剂

3）便于清洁的元器件最小离板高度

用于清洁的最小元器件离板高度是基于该元器件的对角线距离，这个尺寸意味着可能集聚污垢的元器件表面积和离板高度之间的相互关系。

（2）严格控制波峰焊焊接过程助焊剂残留物及杂质，波峰焊焊接过程有一些常见的问题，例如板面脏、白色残留物等。

1）助焊剂在PCB的元件面

由于PCB设计中存在大量过孔，尤其是在表面贴装器件，例如SOIC、QFP、BGA等器件下面存在过孔，又没有作塞孔处理，波峰焊时大量助焊剂通过过孔到达PCB元件面上SOIC、QFP、BGA等器件下面，给清洗造成困难。

解决措施为：PCB元件面上SOIC、QFP、BGA等器件下面的过孔按GJB4057的要求设计成盲孔、埋孔或作塞孔处理。

2）板面脏

板面脏主要是由于助焊剂固体含量高，涂覆量过多、预热温度过高或过低，或由于传送带PCB夹持抓太脏、焊料槽中氧化物及锡渣过多等原因造成。

解决措施为：选择适当的助焊剂；控制助焊剂涂覆量；控制预热温度；检查清洗PCB夹持抓的清洁效果；及时清理焊料槽表面的氧化物及锡渣。

助焊剂应优选不含VOC的免清洗助焊剂，例如松香型免清洗助焊剂。

选择先进的助焊剂喷雾涂覆方式，例如直接喷雾、旋筛喷雾、超声雾化喷雾等，使助焊剂涂覆量达到最少，从而是焊接后PCB板面上的残留物也更少甚至无残留物。

正确设置预热温度能保证助焊剂最好的活性保证溶剂充分挥发，在PCB焊接面上的110℃时将驱动化学活性物质—催化剂，然后松香和其它化学物质变成液体，从分流过PCB整个焊接面。

预热温度过低，时间不足将造成PCB上留下较多的残留物；助焊剂活性不能充分激活而造成润湿性差；助焊剂分解不充分，引起气体滞留，导致在波峰焊接中大量气体放出造成锡珠，以及当液体溶剂到达波峰时产生钎料飞溅。预热温度过高，时间过长，将降低助焊剂在进入钎料波峰之前的化学活性和作用效果。

3）白色残留物

在焊接或溶剂清洗后基板表面的白色残留物通常是松香的残留物。见图19。

图19   白色残留物

①白色残留物的形成原因

a）PCB制造过程中环氧树脂及阻焊膜固化不完全；

b）基板制作过程中残留杂质；

c）助焊剂与基板防氧化保护层不兼容；

d）基板制作过程中所使用的溶剂使基板材质发生变化；

e）助焊剂使用过就，暴露在空气中吸收水汽发生劣化；

f）醇类清洗剂与松香酸发生作用生成松香脂而成为白色残留物。

②解决措施

a）严格控制PCB的制造质量；

b）清洗剂必须与助焊剂相容；及时更新助焊剂；

c）缩短焊接与清洗之间的间隔时间；

d）清洗基板得得溶剂水分过高时而产生白色残留物时，应及时更新溶剂。

4.清洗剂选择

选择烃类清洗剂，例如Axarel系列。

Axarel系列清洗剂是由美国Du Pont公司开发的清洗剂，在半水清洗中使用最多。Axarel系列清洗剂具有无异味，闪点高，毒性低，对松香溶解能力强，去除离子污染物的能力较强，工艺设备简单等优点。

5.清洗工艺

（1）水剂清洗工艺

水剂清洗工艺是以水作为清洗介质，并在水中添加表面活性剂、助剂、缓蚀剂等形成一系列以水为基的清洗剂。水剂清洗工艺的水是去离子水。

（2）半水清洗工艺

半水清洗是20世纪九十年代应用PCBA清洗的一种清洗技术，半水清洗是一种介于有机溶剂清洗和水剂清洗之间的清洗工艺。在清洗过程中，首先使用对助焊剂残留物有较强溶解能力的有机溶剂清洗，然后用有机溶剂与水形成的乳化液进行乳化清洗，最后再用纯水漂洗，所以也称半水乳化清洗工艺。半水乳化清洗工艺尤其适合于树脂类焊剂和清洗。它把半水清洗和水剂清洗结合起来，目前国内已由多家企业由联合国环保署援建的非ODS清洗示范项目采用半水乳化清洗。

1）半水乳化清洗工艺流程

见图20。

图20  半水乳化清洗工艺流程

2）主要材料

乳化清洗液选用美国DUPOUT公司的AXAREL-32或AXAREL-36清洗液。

配方：AXAREL-32: DⅠ=7~10%:93~90%，DⅠ的电阻率大于2兆欧.厘米。AXAREL-32或AXAREL-36清洗剂的理化性能见表6。

使用AXAREL-32或AXAREL-36作PCBA的半水乳化清洗工艺清洗液的优点是洁净度高，可重复使用，无 污染、零排放；缺点是清洗液较贵。

3）清洗设备

德国MB公司的Techigraf GmbH乳化半水清洗机。

美国ATT公司的ECD Emulsion Mode19700乳化半水清洗机。

这些设备的特点是：

a）功能齐全。具有乳化清洗系统、纯水漂洗系统、热风干燥系统、纯水处理系统和污水处理系统，基本上可以达到“零排放”。

b）结构紧凑。清洗、漂洗、热风、干燥都在一个工位内完成，有上下二层清洗工件筐，一次可装PCBA 1~2m2，最大PCBA为480×240mm2。

c）自动化程度高。全部按设定程序自动进行。

d）溶剂消耗少，清晰成本低，可连续反复使用。

e）清洁度高，满足美军标MIL-P-28809的要求。

4）乳化清洗机理

乳化清洗技术的机理是利用AXAREL-32或AXAREL-36清洗液的润湿、浸透、溶解、乳化、扩散、防止再附着。利用设备的加温、喷射，提高清洗效果，对于清洗PCA上的各种污染物清洗效果最好，能同时清洗掉免清洗焊剂和松香型焊剂的残余物，无毒无害，安全性好。

6.半水乳化清洗工艺试验

1999年，笔者开展了半水乳化清洗试验。在试验中，我们用AXAREL-32乳化清洗液作清洗试验，应用于SMT混合组装印制电路板组装件，取得了令人满意的效果。

（1）PCBA用波峰焊工艺焊接测试结果给出的结果由OMEGA-600SMD离子污染测定仪测定的。

SMT混合组装印制电路板组装件的离子污染度测定数据为2.0μgNaNl/cm2。符合美国军标MIL-P-28809的要求。

测 试 结 果

OMEGA

METEL

600SMD

（metric）

14:51 HRS.-10/29/13

TEST RESULTS

RUN STATUS:PASS

RES. :12.86MΩ-cm

TIME:15min

VOL. :0.700ml

AREA:0488.5sq.cm

BD.#:0000000003

ALC.:83%

P/F.:02.1μg/sq.cm

TOTAL CONTAMINATION:

02.0μgNaNl/ sq.cm

（2）测试结果如图17~图19所示。

1）6#PCBA

6#PCBA为18×12=252 cm2   安装密度：2.04脚/ cm3，含有18个IC及插座，其离子污染度最大值为2.72μgNaNl/cm2，镜检法检定：PCBA正反面清洁光亮，如图21所示。

图21  6#PCBA离子污染度

2）1#PCBA

1#PCBA为15×10=150 cm2 安装密度：2.51脚/ cm3，含有13个IC及插座，其离子污染度最大值为3.02μgNaNl/cm2，镜检法检定：PCBA正反面清洁光亮，如图22所示。

图22  1#PCBA离子污染度

3）7#PCBA

1#PCBA为3×4=12 cm2   安装密度：4.08脚/ cm3，无IC插座，其离子污染度最大值为0.49μgNaNl/cm2，镜检法检定：PCBA正反面清洁光亮，如图23所示。

图23   7#PCBA离子污染度

4）从试验结果看出，影响PCBA洁净度的主要因素是元器件底面与PCB表面的接触面积及其距离的高低，实践证明在7#PCBA上安装密度最高，但由于没有IC插座，因此离子污染度最低；表明使用高密度细间距的CSP及多引脚电连接器时，清洗工艺将面临严峻的挑战。

5）2003年成都中航161厂根据笔者的经验，用美国AQUEOUS-SMT系列清洗设备和AXAREL-32乳化清洗液作清洗试验，取得了同样满意的效果。

（3）半水乳化清洗的成本及缺点

1）成本

由于AXAREL-32可反复使用，在洁净度高于2.1μgNaNl/cm2的质量情况下，据已经使用该项技术的单位统计，每块印制板增加0.02元，与应用CFC-113项比较，在印制电路板组件数量相同的情况下，材料和能源每年增加2万元成本。

2）缺点：由于半水乳化清洗应用纯水作漂洗，因此需要烘干，必要时配备真空干燥箱。

7.多品种小批量PCBA产品应用半水乳化清洗工艺技术的应用实例

（1）皂化剂清洗

纯水清洗、半水清洗或皂化剂清洗同属于水清洗范畴，皂化剂清洗及半水乳化清洗适合于多品种小批量PCBA产品的清洗。

德国MB公司的Techigraf  GmbH乳化半水清洗机和美国ATT公司的ECD Emulsion  Mode19700乳化半水清洗机的清洗效果很好，但设备费用也十分昂贵。

应用美国AQUEOUS  TECHNOLOGIES公司生产的AQUEOUS   SMT系列清洗设备和PCB-Wash Flux Remover皂化剂对PCA进行清洗后，用该公司的ZI-100A离子污染测试仪进行检测，检测结果1#板的钠盐离子含量小于0.3μg/cm2，2#板的钠盐离子含量小于0.6μg/cm2，均大大小于美国军标MIL-P-28809的要求，见图24。

皂化清洗液的配方比例是：10%的皂化剂加90%的去离子水。去离子水用GB/T11446.1-1997规定的EW-Ⅲ电子级水，即3级去离子水，漂洗也是用3级电子水。

皂化清洗液的清洗效果很好，但皂化清洗液属于碱性清洗液，会对铝质封装的元器件的外壳（例如电解钽电容器的外壳）产生腐蚀。

（2）半水乳化清洗

半水乳化清洗可以选用AQUEOUS TECHNOLOGIES公司生产的AQUEOUS SMT系列清洗设备和DUPOUT公司的AXAREL-32清洗液。

清洗剂的配方是5%AXAREL-32清洗液加95%去离子水，也是用3级去离子水。

PCBA的助焊剂用RMA型。

清洗结果用英国Multicore CM-11离子污染仪进行检测，检测结果小于美国军标MIL-P-28809规定1.56μgNaNl/cm2的要求。

 结语——由爬行腐蚀想起的

很长时间内我们工艺人员基本上都停留在助焊剂残余物对基板和元器件的腐蚀上。然而，爬行腐蚀产生的机理使我们认识到，只有进行三防处理才能有效抵御爬行腐蚀的发生；如果PCBA不进行清洗就不可能进行三防处理，由此就不可能有效的抵御环境中腐蚀性气体和湿气对PCB和元器件的侵蚀，就不可能有效的防止产生爬行腐蚀的可能性，因此，对PCBA进行100%清洗及三防处理越发显得重要。

当前，PCBA-SMT技术越来越向高密度组装方向发展，PCB上大量使用BGA、CSP、CCGA等BTC器件的比例越来越高；同时，随着电子产品工作频率的进一步拓展，微波、毫米波产品（腔体产品）的应用越来越广，微组装产品的使用更加频繁......如何保证这些产品在应用环境下的可靠性，做好这些产品的焊后清洗和三防处理，需要我们深入研究和试验。

编辑：黄飞