合明科技｜印制板及組件清洗指南(IPC-CH-65B CN)解讀

摘 要：隨著人們對(duì)電子產(chǎn)品的可靠性、功能性、安全性等提出更高的要求，印制作板及組件的清洗顯得尤為重要。IPC-CH-65B作為全球電子印制板及組件清洗的唯一指南，本文針對(duì)指南中的標(biāo)準(zhǔn)和術(shù)語(yǔ)、清洗設(shè)計(jì)、清洗材料兼容性指示、印制線路板上的污染物及清洗考慮要點(diǎn)進(jìn)行了解讀，希望以此能較快的了解該清洗指南并加以實(shí)際運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：IPC-CH-65B CN、清洗、兼容性、殘留物

IPC—國(guó)際電子工業(yè)聯(lián)接協(xié)會(huì)是一家全球性非盈利電子行業(yè)協(xié)會(huì)，它們開發(fā)了電子行業(yè)的許多手冊(cè)和指南，如印制板及組件清洗指南就是由IPC清洗與涂覆委員會(huì)（5-30）和清洗與替代分委員會(huì)（5-31）共同開發(fā)，應(yīng)用于指導(dǎo)全球電子印制板及組件的清洗技術(shù)、清洗工藝設(shè)計(jì)、殘留物危害性分析及清洗術(shù)語(yǔ)的定義等，為電子行業(yè)的清洗提供依據(jù)。因?yàn)槿�球電子印制板及組件的清洗并沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范條款，所以在電子清洗領(lǐng)域基本是采用IPC-CH-65B這一指南。

1.IPC中標(biāo)準(zhǔn)、術(shù)語(yǔ)與定義

IPC-CH-65B作為電子行業(yè)清洗指南，它表述力求準(zhǔn)確、專業(yè)、規(guī)范，因此引用許多的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及聯(lián)邦法規(guī) 、測(cè)試方法和工具。限于篇幅本文僅列舉關(guān)注度較高的標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)等。

表1：IPC標(biāo)準(zhǔn)

表2：工業(yè)聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)

同時(shí)IPC-CH-65B對(duì)清洗材料和溶劑清洗、半水基清洗、水基清洗工藝步驟及環(huán)境條件均有專門的定義，為電子清洗行業(yè)形成規(guī)范的術(shù)語(yǔ)體系意義重大。

2.IPC的清洗設(shè)計(jì)

由于低殘留物（即免洗）的助焊劑/焊膏的出現(xiàn)，很多人認(rèn)為印制板及組件等不再需要清洗。但隨著電子元器件高集成化、高精密、高密度封裝及底部填充劑材料的變化，為了保證最終產(chǎn)品的高穩(wěn)定性及可靠性就必須對(duì)電子元器件進(jìn)行有效的清洗，因此IPC-CH-65B專門有關(guān)于清洗設(shè)計(jì)部分：

2.1對(duì)清洗對(duì)象的全面了解。印制板布局、孔深徑比、組件幾何形狀、所采用的材料、焊接材料類型、組裝方式等，另外需要對(duì)清洗對(duì)象上的污染物有必要的了解，根據(jù)污染物的類型（極性污染物、非極性污染物）來(lái)設(shè)計(jì)清洗劑能更高效。  

2.2對(duì)清洗劑主要有溶劑型、半水基型、環(huán)保水基型，根據(jù)環(huán)保指數(shù)、污染物類型、材料兼容性及制程適用性對(duì)清洗劑類型進(jìn)行選擇。為了清洗劑的設(shè)計(jì)更直觀，IPC-CH-65B提供了基本的方案。

表3：電子組件清洗劑設(shè)計(jì)方案：

 2.3清洗設(shè)備的設(shè)計(jì)，根據(jù)生產(chǎn)效率要求和清洗對(duì)象的數(shù)量差別，有兩種設(shè)備模型可選用批量式和在線式。兩者有各自的特點(diǎn)，批量式清洗設(shè)備清洗量大、在同一節(jié)奏下有較高的清洗效率、受外界影響因素少；而在線式清洗設(shè)備，在線一次性完成清 洗、漂洗、烘干全部工序，適合中高產(chǎn)量清洗。

 2.4在IPC-CH-65B指南中所述的清洗工藝主要有靜態(tài)浸泡、超聲、噴淋、離心等，工藝設(shè)計(jì)通常根據(jù)清洗力、對(duì)清洗件損傷性、清洗精細(xì)度要求，適用的清洗對(duì)象等考察相應(yīng)的清洗工藝。

表4：清洗工藝方案

在設(shè)計(jì)清洗方案時(shí)還需要考慮到清洗劑對(duì)工藝的適用性，如部分水基清洗劑含有少量表面活性劑而多泡，則不適合噴淋清洗工藝；更多水基清洗劑是兩相體系，易相分離所以不適合靜態(tài)浸泡和長(zhǎng)時(shí)間超聲。所有涉及水基清洗劑的清洗工藝都需要在清洗后面增加適當(dāng)次數(shù)的純水漂洗及干燥工序，保證清洗對(duì)象的可靠性。

3.IPC材料兼容性提示

為確保印制電路板組件的可靠性，要求了解制造電子元器件和組件的原材料性能及特點(diǎn)，鑒別清洗工藝對(duì)外觀質(zhì)量甚至整個(gè)元器件結(jié)構(gòu)潛在的負(fù)面影響。清洗工藝中關(guān)鍵性的材料兼容性注意事項(xiàng)有元器件、組裝材料、清洗劑、清洗工藝中應(yīng)用的沖擊能量，預(yù)計(jì)的工藝時(shí)間、溫度和設(shè)備設(shè)計(jì)。可能受清洗工藝嚴(yán)重影響的組件材料包括板敷銅層、表面鍍層、塑膠件、元器件、標(biāo)簽、器件標(biāo)識(shí)、合金金屬、涂覆層、非密封元器件、粘合劑等。所以在清洗工藝設(shè)計(jì)階段應(yīng)對(duì)印制板組件物料與清洗工藝之間的兼容性進(jìn)行測(cè)試。

3.1物料兼容性測(cè)試 兼容性測(cè)試通常是兩個(gè)時(shí)間周期進(jìn)行。短時(shí)間的測(cè)試取決于設(shè)備或操作人員的預(yù)期清洗周期，可通過(guò)升高清洗溫度、加大機(jī)械力、延長(zhǎng)工藝時(shí)間（合理的超出預(yù)期范圍）等方式進(jìn)行測(cè)試；長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試應(yīng)該由封裝者或制造者決定，可通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間暴露測(cè)試或反復(fù)多次暴露等方式，以驗(yàn)證可能出現(xiàn)的膨脹、破裂、老化等不良現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2不兼容表相：印制板組件物料與清洗工藝不兼容的表相有：尺寸變化、顏色變化或元器件表面變化、周圍液體顏色改變或者渾濁等。

3.3兼容性測(cè)試方法

3.3.1 對(duì)于非金屬物料和元器件的材料兼容性測(cè)試可參考Pratt Whitney 規(guī)范：PWA 36604非金屬物料的兼容性，B版本，06-08-98修訂。

3.3.2 對(duì)于金屬合金物料的兼容性測(cè)試可參考ASTMF-483《全浸腐蝕標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法》

3.3.3 IPC聯(lián)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)J-STD-001中對(duì)產(chǎn)品硬件的兼容性測(cè)試，從測(cè)試載體、測(cè)試試樣、樣本數(shù)量均有相應(yīng)要求。

4.IPC印制線路板上的污染及影響

組件貼片和結(jié)構(gòu)的高密度化、低間隙組件下面會(huì)伴有很多助焊劑殘留及元器件的微型化組裝，使得達(dá)到適當(dāng)?shù)那鍧嵉燃?jí)變得越來(lái)越困難。和污染有關(guān)的工藝過(guò)程和服務(wù)增大了元器件失效的潛在可能。腐蝕問(wèn)題縮短了產(chǎn)品壽命，同時(shí)由于造成導(dǎo)線間離子遷移、元器件引腳間漏電流、電阻耦合和/或者電化學(xué)電池的形成等因素也造成了產(chǎn)品功能性下降。由此IPC就PCBA污染物類型及可能造成的危害進(jìn)行了引導(dǎo)性概述。

表5：PCBA污染物分類

5.組裝殘留物清洗的考慮要點(diǎn)

電子組裝制程的范圍從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，所設(shè)計(jì)材料非常廣泛，制程中的每個(gè)步驟所使用的每種材料都會(huì)對(duì)組件產(chǎn)生影響，最大的影響是化學(xué)物質(zhì)殘留在組件表面。需要考慮的材料包括助焊劑、清洗溶劑、標(biāo)簽、粘合劑、掩蔽材料、元器件殘留物、廢氣殘留等。

5.1助焊劑的種類、形態(tài)及經(jīng)過(guò)焊接高溫后殘留物的可變性，都不同程度的決定了殘留物的清洗難度。每種助焊劑因其不同的化學(xué)組成，在焊接過(guò)程中可能發(fā)生高溫氧化、聚合、分解及與金屬鹽的結(jié)合反應(yīng)等，導(dǎo)致殘留物可能發(fā)生固塑性等可變性，增加或改變殘留物的可清洗性。

5.2 清洗劑效果 一種清洗劑的選擇應(yīng)基于清洗效率、材料兼容性、每塊產(chǎn)出單板的化學(xué)成本以及對(duì)環(huán)境的影響。

5.3 元器件問(wèn)題和殘留物

5.3.1復(fù)雜的元器件幾何形狀、狹小的器件托高高度、非密封封裝的元器件可能夾裹的清洗液和濕氣，都有可能影響清洗過(guò)程和物料通過(guò)率。

5.3.2 元器件上的殘留物可能以顆粒、油或者膜的形式在組裝操作前被發(fā)現(xiàn)，這些殘留物在焊接后可能會(huì)一直存在于清洗的或未清洗（免清洗）的組件中。

5.3.3 組裝殘留物清洗過(guò)程的敏感性應(yīng)該考慮如：金屬表面處理、低溫塑料、擦拭布或者其他暴露的電器插頭及其他材料，能依賴于清洗劑膨脹。如某些特定的元器件，不是為可生產(chǎn)性設(shè)計(jì)的，不具備可清洗性時(shí)，清洗選擇會(huì)受到限制。

5.4其他要點(diǎn)

組裝殘留物的清洗還應(yīng)考慮除去助焊劑、清洗劑、及元器件之外的其他要點(diǎn)，如：人工手工作業(yè)引入的污染物、可去除的不干膠標(biāo)簽、元器件包裝（如以編帶卷軸、托盤或者管裝形式）、暫時(shí)性阻焊材料、潤(rùn)滑油和油脂、粘合劑、工作場(chǎng)所和周圍儲(chǔ)存條件。

結(jié)語(yǔ)

   隨著電子行業(yè)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)商對(duì)電子產(chǎn)品中涉及的印制板及組件的可靠性、安全性提出了更高的清潔要求。而IPC-CH-65B作為全球電子行業(yè)清洗指南，在全球具有權(quán)威的專業(yè)指導(dǎo)性及有廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)，因此了解IPC-CH-65B的主要內(nèi)容和條款并充分吸收和應(yīng)用，對(duì)印制板及組件的清洗工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備選擇、材料兼容性的考察等都有很大的幫助。

以上一文，僅供參考！

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