第一部分 電子元器件的清洗

清洗工藝的方法^[1]

清洗主要以濕法和干法兩種方式，而濕法清洗是目前的主流清洗方式，它是利用溶劑表面活性劑和去離子水，通過溶解化學反應轉入溶液和沖洗等方式去除產品表面的污染殘留物。

超聲波清洗法，是由于超聲波能夠引起質點振動，質點振動的加速度與超聲頻率的平方成正比，所以強超聲波在液體中傳播時，由于非線性作用，會產生空化作用。在短時間內產生無數空化氣泡并迅速爆破發出的沖擊波對污染物反復沖擊，從而破壞污染物與清洗件表面的吸附，引起污染物的破壞而脫離清洗件表面分散到清洗液中。隨著超聲波的頻率越低，空化效果越好，也更容易清洗組件表面的殘留物。雖然超聲波清洗法具有其他清洗方法不可比擬的優勢，但缺點也很明顯，會對焊點產生疲勞應力，從而損傷產品。而且，超聲波清洗在航天領域是禁用工藝。所以，行業內通常會把PCBA放在不同超聲波頻率下先進行摸底試驗，找到超聲波頻率與清洗效果的最佳狀態。常用的超聲波清洗頻率為20KHz~90KHz。其介質一般使用水基型溶劑，日本大阪的荒川化學工業株式會社前野純一開發了PineAlphaST-700BR^[2]水漂洗用清潔劑。希爾公司的硅片清洗劑是針對性去除硅片表面的顆粒、有機物、金屬離子等污染物的水基清洗劑，清洗劑中的活性物質可以吸附在硅片表面，使其長期處于易清洗的物理吸附狀態，并在表面形成保護層，防止顆粒的二次吸附，能有效提高外延或擴散工序的成品率，主要是應用于各種硅片切割與拋光后的清洗，服務于vivo、oppo、比亞迪等公司。^[3]

        等離子清洗法，等離子體是除固態、氣態、液態以外的第四種物質狀態，由離子、電子、自由基和其它中性物質組成，屬于干法清洗。當低氣壓氣體遭受到射頻的高能輸入時，氣體通過與高能電子的碰撞而發生電離，然后產生等離子體，可以有效去除元器件表面的殘余光刻膠痕跡，焊盤上的樹脂殘留物，改善有機涂涂覆、粘接劑或焊錫的潤濕性和附著力，但對于無機物的去除效果較差，也不適用于大批量的清洗工作。等離子清洗使得用戶可以遠離有害溶劑對人體的傷害，同時也避免了濕法清洗中容易洗壞清洗對象的問題，避免使用三氯乙烷等ODS有害溶劑，采用氣體作為清洗介質這樣清洗后不會產生有害污染物，因此這種清洗方法屬于環保的綠色清洗方法。深圳市東信高科自動化設備有限公司始創于1998年,是中國早期一批專業從事真空及大氣低溫等離孑體(電漿)技術、射頻及微波等離子體技術研發、生產、銷售于一體的國家髙新技術企業，公司產品先后經過了四次升級換代,公司先后與富士康公司、美國AAC集團、愛普生電子、中國兵器集團進行合作。^[3]

氣相清洗法，屬于干法清洗，是通過加熱槽內的清洗劑沸騰成為蒸汽上升形成氣相區，然后把組件放置在氣相區內。由于溫度差的作用，蒸汽冷凝在組件表面，溶解并帶下組件表面的污染物，回到加熱槽，氣相清洗液再次通過加熱變成蒸汽上升與組件進行接觸，從而進行循環清洗。該方法在循環時，蒸汽本身不存在不可汽化的污染物，不會讓油脂、小顆粒等污染物離開加熱槽，從而保證了清洗質量，目前廣泛應用于微波組件的內部多余物控制及去除裸芯片的表面污染物等領域。美國3M公司的Novec氟化液適用于精密設備、電子元件的清洗，可去除表面的顆粒雜質，其主要與立訊精密、華為合作。^[5]

激光清洗法，屬于干法清洗，是利用激光器所產生的光脈沖特性，基于高強度的光束、短脈沖激光機污染層之間的相互作用所導致的光物理反應。為了保證基底材料的安全，通常需要調整激光參數，使光脈沖的能量密度嚴格處于兩個閾值之間（高于第一閾值可以有效清除殘留物，低于第二閾值可以使基底材料不被損壞）。這種方法屬于無接觸式清洗，相比傳統清洗方法不會產生機械應力，可以在不損傷材料表面的情況下有選擇性地清洗材料表面的污染物（亞微米級的污染顆粒），同時不需要任何化學試劑和清洗液，清洗后的廢料都是固體粉末，體積小，可回收，可以較輕易解決化學清洗帶來的環境污染問題。昆山凱研光電科技有限公司是德國cleanLASER激光清洗機的中國總代理。激光清洗設備是新一代表面清理的高科技產品，現已廣泛的應用于各行各業。德國cleanLASER專門從事于激光清洗，是激光清洗行業的開拓者和領導者，已經有20多年的歷史，其激光清洗系統遍布全球各地，主要合作于AUDI、BMW。^[6]

冰粒清洗法，屬于干法清洗，是利用微小冰粒噴射到清洗表面，運用冷卻效應對，對表面采用瞬間降溫使表面的殘留物在極短的時間內硬化收縮，由于殘留物與清洗表面的收縮率存在差異，而易于剝離，將隨著冰粒碰撞、破裂而一并去除。該方法可以清除1μm以下的殘留物，而且冰粒可以達到超微細程度，一些在狹小縫隙的殘留物也可以輕易清除。另外，也可以根據殘留物的性質及附著牢固度，選擇適當的參數（冰粒大小、硬度、噴射壓力、噴射角度），較適用于潔凈度要求極高的半導體化學氣相沉積膜（CVD膜）的超凈清洗。可廣泛應用于半導體感光材料的表面清洗、核反應廢料的處理和金屬表面脫漆、除銹等領域。美國ITW精密電子儀器清洗劑（ES6300、ES7300）專門設計用于精密電子設備的清洗和維護，不僅它本身有著較好的安全性能、符合安全規范。而且，還充分考慮到了在各種使用情況下時對我們被清洗設備的安全、清洗質量等核心關鍵問題。^[7]

免清洗法^[8]，關于免清洗，首先要區分“免清洗”和“不清洗”是兩個不同的概念。所謂不清洗，是指采用傳統的松香助焊劑（RMA）或有機酸助焊劑，焊接后雖然有一定的殘留物，但不清洗也能滿足某些產品的質量要求。而免清洗是指采用免清洗焊膏和免清洗助焊劑替代傳統的松香型焊膏和助焊劑，同時還包括了手工焊接及返修中特殊焊料和助焊劑的應用。在惰性環境下焊接后，殘留物極小、無腐蝕、具有極高的表面絕緣電阻（SIR），一般情況下不需要清洗既能達到離子潔凈度的標準（美軍標MIL-P-228809），可直接進入涂覆。免清洗技術的實施，可避免清洗應力對焊接組件的損傷，有利于提高產品質量。國外一些大公司也開始使用免洗助焊劑代替傳統意義上的松香型助焊劑，比如美國的IBM公司、加拿大的北方電訊公司，我國科研機構研究出N9310免洗助焊劑。

手工擦洗法^[8]，是最基礎也是最簡單的一種方法，通常用毛刷或浸有丙酮、甲苯及乙醇等有機溶劑的棉簽在PCBA表面進行擦拭處理殘留物。但該清洗方法一致性較差，效果也不是十分理想，有可能還會引入新的污染物，甚至損傷產品，只適用于一般可靠性要求較低的PCBA返修，或小作坊加工生產。

溶液浸泡法，就是將要清洗的產品放入介質溶液中浸泡來達到清除表面焊劑殘留物的一種常規方法，按照清洗介質又可以分為水清洗、半水清洗及溶劑清洗三種方式。

水清洗方式，是使用去離子水或添加少量的表面活性劑、洗滌助劑等化學物質的去離子水進行初洗和漂洗的一種清洗操作過程。水清洗工藝的主要參數是清洗時間、溫度、壓力、漂洗次數、清洗劑濃度等方面，有資料研究表明水清洗工藝參數的清洗時間為6min~10min、溫度為45~50℃、漂洗次數為5次~7次、清洗劑濃度13%左右、去離子水的電阻率不低于1MΩ·cm及質量含量不低于50%時，便可以得到很好的清洗效果。水對于離子污染來說具有非常好的去除能力。對于采用水溶助焊劑來說，采用純水清洗，效果相當好。對于采用松香型助焊劑，則須改加皂化劑，經過皂化反應而被去除，然后使用離子水沖洗，最后經過干燥處理。^[8]

半水清洗方式，是先采用各種乳化液（極性有機溶劑、非極性有機溶劑或兩種的混合有機溶劑）對組件進行清洗，然后再用去離子水漂洗的一種清洗操作過程。半水清洗工藝的參數與水清洗工藝類似，均需要反復試驗驗證才能固化，以此達到最佳清洗效果。另外半水清洗完成后，產品上會有很多殘留的去離子水，室溫下難以揮發，因此可以增加一些工序如采用高溫60~80℃，烘烤30min，或是放入無水乙醇中2min。半水清洗聯合國署名推薦的商品名為EC-7作為代替品，對于松香焊劑具有良好的清洗效果，價格較貴，閃點較低。美國杜邦新近開發名為AXAREL32和AXAREL38的清洗劑，適用于半水清洗工藝。具有較高的閃光點和毒性，對于離子污染和松香雜滲具有很有效的去除能力，價格較為昂貴。^[8]

溶劑清洗方式，是使用有機溶劑進行初洗和漂洗的一種清洗操作過程。是用極性小的憎水性有機溶劑加入一定量極性大的親水溶劑組成的共沸物或混合物，在較低的溫度下對各種有機污染物進行溶解。早期常用的是三氯三氟乙烷或含氟系列的溶劑用作清洗劑，后來發現該類清洗劑會污染環境，故用異丙醇、非線性結構醇、異辛烷恒沸物等不同溶劑的混合物來替代清洗。該方法對松香和合成活性類助焊劑等有較好的溶解清洗效果，優點是電絕緣性好，介電常數低，沸點低、揮發性好，不過缺點也很明顯，成本高、安全性較差、清洗流程較長。泰倫特公司的EC-30溶劑清洗劑，主要是用法于工藝清潔、表面處理、航空航天、智能制造等行業，合作于中國華能集團、豐田等公司。德國Zestron公司，提供高精密清洗工藝方面的研究、生產與技術服務，產品主要有MPC水基清洗劑和Fast表面活性類清洗劑。^[9]

清洗方式的選擇原則^[7]

GJB5807-2006《軍用印制板裝件焊后清洗要求》中4.2條明確指出清洗方式的選擇原則：
（1）采用含樹脂型助焊劑或松香基助焊劑的焊膏進行回流焊方式焊接的組裝件，應選用半水清洗、溶劑清洗或水清洗；采用含水溶性助焊劑進行回流焊方式焊接的組裝件，應選用水清洗；
（2）采用樹脂型助焊劑進行波峰焊接的組裝件，應選用半水清洗、溶劑清洗或水清洗；采用合成型活性助焊劑進行波峰焊接的組裝件，應選用半水清洗或溶劑清洗；采用水溶性助焊劑進行波峰焊劑的組裝件，應采用水清洗；
（3）采用含樹脂型助焊劑或松香基芯狀助焊劑的焊錫絲進行手工焊接的組裝件，應選用半水清洗，溶劑清洗或水清洗。

清潔度檢測方法及驗收要求^[7]
（1）目視檢查

放大5倍對清洗后的組裝件進行檢查。組裝件的清潔度應符合下列要求（GJB5807-2006）：

一級電子產品，表面允許有少量不影響外觀的殘留物存在，且殘留物應不覆蓋測試點；

二級電子產品，表面應無明顯殘留物存在，且殘留物應不影響焊點目視檢查，并不覆蓋測試點；

三級電子產品，表面應無殘留物存在。

（2）表面離子殘留物測試

對清洗后的組裝件進行離子污染檢測，通過用萃取液清洗試樣表面并測量收集液的電阻率，計算出表示印制板污染程度的單位面積上的氯化鈉含量。離子污染物的特點為可溶于水，離子污染測試通過將待測線路板浸入測試槽體內，通過槽體內的萃取溶液（75%體積的異丙醇+25%體積的蒸餾水）萃取電路板上殘留離子，然后通過傳感器測量溶液的電導率，以溶液的電導率為判斷依據，轉換為一個單位表面積上的氯化鈉當量，最后得出清潔度值。組裝件的清潔度應符合下列要求（GJB5807-2006）：

一級電子產品，離子殘留物應不大于10.0μg（NaCl）/cm2；

二級電子產品，離子殘留物應不大于5.0μg（NaCl）/cm2；

三級電子產品，離子殘留物應不大于1.56μg（NaCl）/cm2。

其他標準清潔度值要求如下表所示：

（3）助焊劑殘留物測試

采用高效液相色譜儀（HPLC法）對清洗后的組裝件進行助焊劑殘留物檢測。在目前已知的有機化合物中，可用氣相色譜分析的約占20%，而80%則需用高效液相色譜來分析。組裝件的清潔度應符合下列要求（GJB5807-2006）：
一級電子產品，助焊劑殘留物總量應不大于200μg（NaCl）/cm2；
二級電子產品，助焊劑殘留物總量應不大于100μg（NaCl）/cm2；
三級電子產品，助焊劑殘留物總量應不大于40μg（NaCl）/cm2。
（4）表面絕緣電阻測量

對清洗后的組裝件進行表面絕緣電阻測量，確定印制板表面或層壓前多層板任一層的導電圖形的規定部分的絕緣電阻，絕緣電阻能說明生產中使用的材料和工藝的質量是否符合要求，GJB5807-2006要求一級、二級和三級電子產品的表面絕緣電阻都不應小于100MΩ