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清洗设备和清洗材料的发展趋势

清洗设备和清洗材料的发展趋势

在过去的十几年里，PCB清洗设备和清洗材料的变化非常大。SMT的编辑同供应商和客户的代表一起讨论了*新的清洗材料、设备和目前的做法，向他们提出了一些基本的问题，以便了解当前市场的状况。

清洗电路板时，*难的是什么？
Aqueous技术公司行政总裁 MichaelKonrad说：“目前，无铅合金和免洗助焊剂的大量涌现，出现了和残留物有关的各种问题，其中包括电迁移（枝晶生长）和漏电故障。”许多组装商发现，无铅再流焊之后，老式去助焊剂清洗设备不能把助焊剂残留物清洗掉。和含铅材料相比，在无铅环境中去掉助焊剂残留物和其他残留物需要更高的冲击压力。
Austin美国技术公司行政总裁SteveStach认为，大多数电路板的清洗问题是围绕着把助焊剂从元件下面很窄的空隙（小于3密尔）中清洗掉，清洗印错的电路元件和处理废水。
PCB制造商在电镀之前必须完全彻底清洗很深、直径很小、高宽比大的盲孔和通孔。March等离子体系统公司应用和业务主管James D.Getty说。对于清洗几十层PCB上的几百个盲孔、通孔，这一步很复杂。
“材料与清洗时使用的化学品的兼容仍然影响清洗的一个大问题，因为它们和敏感的金属、标记、标签等有关。”Zestron公司的总裁HaraldWack博士说。“北美市场的客户已经感到单独用去离子水（DI）清洗剂来洗掉LF-OA助焊剂残留物存在局限性。这个问题直接关系着清洗紧贴着板的元件下面的残留物，用去离子水不能把它清洗掉。”
技术设备公司总裁Doug Winther持同样看法，他也认为，对客户来说，紧贴着电路板的元件*难清洗，特别是无铅元件。
“由于**产品的小型化和复杂性，设计可清洗的PCB成为一个挑战。” Kyzen公司的技术总监MikeBixenman说。使用更小的元件意味着电路板走线之间的间隔更小，走线之间的空间越小，清洗剂越难到达要清洗的部位。
“电子行业的*大问题是**无铅焊料中的白色残留物。” MicroCare公司的市场副总裁MikeJones说。和老产品相比，免洗产品要进行更多的清洗和返工，这是由于免洗产品的活化作用很差。对于那些使用免洗助焊剂的产品，如果制造商决定清洗每块电路板，把清洗作为组装工艺的一部分，而不是事后补救措施，工艺和生产就要大大加强。
Smart Sonic Stencil清洗系统公司总裁BillSchreiber说，除了用超声波技术清洗模板外，客户往往使用超声波技术清洗错印的单面或双面电路板。在人工清洗错印的板时，掉下的焊球多半会进到过孔和其它难以清洗的缝隙中。喷淋会把新的焊膏扩散到整个清洗室，污染电路板上已经再流焊的那一面。超声波清洗利用重力的作用，让焊球从PCB上掉下来。
Blue Thunder技术公司的市场销售副总裁chrisMerow说，在讨论清洗问题时，他*常听到的意见是，要用不起毛的擦拭布保持微型BGA和细间距模板的孔干净，尤其是在使用3型和4型焊膏时。
RonEdgar是硬件开发工程师，在设计电信用高可靠性电路板方面有多年的经验。他认为*难清洗的是返工后的清洗。“我做了多年的*后组装和测试，对有问题的元件进行返工时，技术人员更换有问题的元件，用刷子和擦拭布清洁要换上的元件。已经溶解的助焊剂有时会留在BGA这种大元件下面，可能长期影响元件。”所以，在高可靠性领域，要妥善地投资到清洗和检测上，不能因为考虑成本而受到影响。

关于清洗，*严格的要求和规定是什么？
“在确定清洗工艺符合要求时，组装商要确定焊锡、助焊剂和清洗剂是符合要求的。”Kyzen公司的Bixenman说。常用的标准是ANSI/JSTD-001“电气和电子元件焊接要求”、IPC-A-610“电子元件验收标准”、IPC-TM-650“IPC测试方法”。IPC-TM-650包括目视检查残渣、污染、腐蚀焊膜和基板状况；张力和剪切强度的机械测试；表面绝绿电阻和电化学迁移；离子洁净度的化学检测；表面有机污染；保护胶的粘着状况；元件的兼容性；要求进行的残留物分析。
技术设备公司的Winther说，“新的环境法规对清洗工艺中可以使用的化学物质作出更为严格的限制。”许多公司不得不调整它们的清洗要求，在清洗效率和环境保护之间取得平衡。MicroCare公司的Jones说，“欧盟REACH法规和更为严格的加利福尼亚州CARB法规使工程师不再能预先肯定，什么清洗剂在未来几年可以使用。”SmartSonic公司的Schreiber同意这个看法，他认为，可以肯定的是，环境法规在改变。“目前看来是*严格的环境要求可能很快就被未来更加严格的规定取代。REACH和RoHS主要是针对目前清洗材料中的大多数有害原材料，因此我认为VOC是客户*关心的事情。”南加利福尼亚空气质量部对VOC的要求（25克/升）是美国各州中*严格的；现在其他各州也在调查蒸汽排放情况，Zestron公司的Wack说。无论是美国国内还是国际上的化学需氧量（COD）和生物需氧量（BOD）的都在调查中。目前，REACH正在成功实施，使大多数供应商惶恐不安。
由于使用无铅合金和电路板小型化，清洗除助焊剂残留物和其它残留物变得更加困难。”Aqueous公司的Konrad说。人们也普遍认为，低于10微克/平方英寸的洁净度是足够的，但是，现在有许多应用要求更干净的清洗效果，例如要求洁净度在2微克/平方英寸以下。人们希望电子元件能够比以前工作更长时间、运行速度更快、成本更低、元件更小，因此，可接受的残留物要比以前任何时候都更少。Zestron公司的Wack指出，无铅免洗工艺对残留物的要求*严格，特别是在焊接后的24小时内不能清洗的情况下。元件的几何结构越复杂，清洗就越困难。“我发现，*严格的清洗要求都是组装商自己提出来的。”Austin美国公司的Stach说。“这些特别的清洗要求可能是产品的要求，如产品的电气性能和可靠性要求，也可能出于绿色环保的企业文化。这些公司提出的清洗标准一般都比IPC610的标准更严格，为了达到*低要求，一般是有道理的。”

客户怎样控制成本同时更好地进行清洗？
Wack认为，客户应当和供应商一起干。“一个典型的在线清洗工艺可以按照成本的要成将它优化：控制蒸发、废酸洗液消耗和总能耗。”Wack说。他建议使用蒸汽回收系统来减少蒸汽消耗和减少VOC排出，对优化进行工艺来减少废酸洗液消耗，使用能够在较低温度下使用的化学材料，以及监控清洗槽。
“PCB制造商的清洗盲孔和通孔工艺应从湿式清洗转到干式等离子体工艺。”MarchPlasma公司的Getty断言。“等离子体清洗排除了几乎所有的液态废物问题，节约高成本的湿式化学清洗材料，通过减少电路板对有毒湿化学材料的暴露改善PCB的制造环境。因此，等离子体清洗本身就是‘绿色’工艺。”
对于印刷电路板，Jones建议对清洗工艺的总成本做一下分析，包括清洗的直接成本，如溶剂和电费；非直接成本，如清洗设备占用的空间、清洗人员的培训成本、劳动力、达到环境法规要求所需的费用和资本支出。“和几年前制造的清洗机器相比，现代化的助焊剂清洗设备只需少量的消耗性材��（水、化学材料、过滤材料）。”Konrad说。现代化的助焊剂清洗设备占用的空间比较小，用电、用水和排出的水都比过去的少。在许多清洗模块只需操作人员把电路板装入和移出清洗设备，按一下按钮就开始进行清洗、漂洗、洁净度检测、干燥、SPC、管理化学材料、废水处理。
BlueThunder技术公司的Merow建议，要把模板清洗得更洁净，*好使用长点的滚子，它具有高孔隙率，是ESD**的，为了减少更换次数，要使用人造纤维/聚酯纤维混纺擦拭布，一年可以减少30％。
Schreiber建议找出和清洗有关的隐性成本。“首先是评估和选择化学材料。化学材料决定了清洗剂和污染物的化学反应。使用清洗剂时要考虑对环境的影响，使用者的健康和**，运作的成本，蒸汽和蒸汽的气味、清洗时间、清洗设备的维护，清洗剂的储存、运输，以及废物管理的费用。”
要维持一个经济的清洗，液体的管理是关键问题。用于清洗的化学材料要用独立的容器模块单元，这仍然很重要。在工作区，要通过空气管理减少气味，同时尽量减少从机器逸出的烟雾。控制液体对于保持清洗溶液的正确浓度时也很重要。
Winther建议定期保养清洗设备，这样做可以减少停机时间，提高清洗效率。
Stach建议组装商咨询清洗设备和清洗材料供应商，用于清洗的化学材料可以保存多长时间？清洗时需要什么样的浓度？清洗时间一般是多少？废物管理成本是多少？根据供应商对这些问题的回答评估清洗成本。

清洗技术的发展
Indium公司的李宁成博士是从事基础研究的。他说，“无铅合金的助焊剂技术和共晶锡铅焊料的差别很大，主要是在焊接和清洗方面，无铅焊接使用的助焊剂要有更好的氧阻隔能力和热稳定性。”
“RMA助焊剂，是固体含量都很高免洗助焊剂，它和水洗助焊剂升级到无铅应用的可能性较大。”李成宁说。对于锡锌铋（SnZnBi）焊锡，对助焊剂的性能和氧阻隔能力的要求更高。无铅锡膏需要更高的再流温度，对助焊剂性能的要求更高，因此焊接时会生成较多的锡盐。李宁成博士在半含水溶剂可喷淋清洗方面有一些成功的发现。除了用喷淋取代机械搅拌，超声波清洗似乎也很有效。提高助焊剂的热稳定性有利于焊接和清洗。
爱尔兰Limerick大学Stokes学院机械和航空工程系的MauriceCollins博士也在研究助焊剂残留物对焊膜蠕变腐蚀的影响。他研究无铅焊接过程，使用很强的助焊剂化学材料达到润湿，防止氧化膜的形成。
SII纳米技术美国公司**产品经理Jun S. Choi一直用台式XRF系统对电路板上的微粒污染进行XRF映像分析。
苏叶青在中国的Freescale公司从事封装开发工作。在耐用芯片粘贴工艺中，他用等离子体清洗来改善芯片和基板的粘着。他还在引线焊接前和焊接后用等离子体进行清洗，强化焊膏混合物和基板之间的粘着。Austin美国技术公司的Stach指出，这种清洗方法将很快用于电路板级的清洗。

结论
在PCB组装过程中，清洗仍然是重要的一步。无铅材料和无铅工艺只是增加了对清洗的挑战。幸运的是，在各个大学，供应商的实验室和EMS制造工厂，大家都齐心协力提供清洗PCB的办法。

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