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一.概述

綠色清洗技術(shù)又稱為無公害清洗技術(shù)，與無鉛焊接技術(shù)一起并列為電子裝聯(lián)兩大基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)之一，統(tǒng)稱為電子裝聯(lián)綠色制造技術(shù)，是國家在電子裝聯(lián)領(lǐng)域內(nèi)的重點攻關(guān)內(nèi)容之一；目前無鉛焊接技術(shù)已經(jīng)引起電子行業(yè)的高度重視，而綠色清洗技術(shù)還沒有提到應(yīng)有的高度。

印制電路板組件是電子產(chǎn)品的核心部分，在印制電路板組件上組裝焊接各種元器件、集成電路、芯片、各種電連接器、開關(guān)、組件時都必須涂覆助焊劑、焊膏等，再經(jīng)過再流焊、波峰焊和手工焊才能完成印制電路板組件的組裝焊接。

清洗是PCB 組裝中的重要工序，它對電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性起著至關(guān)重要的作用，絕不是可有可無、或者說僅僅是為了外觀好看、或者說單純是為了環(huán)保的需求。

對于高可靠電子產(chǎn)品，不論是通孔插裝還是表面組裝，無論采用哪一種工藝，在再流焊、波峰焊、浸焊或者手工焊后，也無論選用哪一種助焊劑，包括采用免清洗助焊劑后，印制電路板組件都必須進(jìn)行嚴(yán)格的、一絲不茍的、有效清洗，以除去助焊劑殘留物和各種污染物。特別對于表面組裝工藝和無鉛焊接技術(shù)后，在高密度、高精度組裝中，由于助焊劑可進(jìn)入表面組裝元器件和基板之間的微小間隙，從而使得清洗顯得更加困難也更顯重要和必要。

清洗是清除污染物的過程。清洗過程的選擇不僅取決于助焊劑的種類， 雜質(zhì)的種類及組裝的類型，還取決于具體使用的要求。例如，航天、航空和各種軍事裝備的高精密電子儀器，均要求極高的可靠性，為了符合特殊的使用要求，往往需要 2~3 個清洗工藝步驟。

受產(chǎn)品小批量多品種的限制，大部分軍工企業(yè)長期以來局限于手工清洗，清洗劑一般用 120#航空洗滌汽油、無水乙醇或異丙醇；這種既原始又落后的清洗方法給電子產(chǎn)品的可靠性增添了許多潛在的隱患。

  在印制電路板組件整個生產(chǎn)過程中，各種污染物會殘留在電路板組件上，必須清洗干凈，才能確保電子產(chǎn)品的可靠性、工作壽命和電氣性能。

  印制電路板組件的清洗設(shè)備及技術(shù)是一門系統(tǒng)技術(shù)，涉及設(shè)計、材料、工藝及設(shè)備各個領(lǐng)域。

尋找適合軍工企業(yè)科研生產(chǎn)特點的印制電路板組件的綠色環(huán)保型清洗工藝方法，探討清洗不徹底，吸附在PCB 表面的助焊劑殘留物和各種污染物對元器件產(chǎn)生的危害是我們必須研究的項目。

1. 清洗目的

有效而成功地消除助焊劑焊后的殘余污染物。

2. 污染物的定義

任何使電路、元器件或組件的化學(xué)、物理或電氣性能降低到不合格水平的表面沉淀物、雜質(zhì)、夾渣以及被吸收的物質(zhì)。

3. 污染物的來源

在PCB 的裝配、組件安裝和表面貼裝過程中，由于操作、助焊劑的使用及焊接和生產(chǎn)環(huán)境等均會產(chǎn)生不同程度的污染物。

4. 印制板組件污染物的來源

1） 元器件引線上的污染

最常見的污染物是表面氧化層和手印。形成表面氧化層的原因是元器件的存放時間、環(huán)境、包裝等。手印的主要成分是水，膚油和氯化鈉以及護(hù)手用品。

2） 裝聯(lián)操作中產(chǎn)生的污染

在裝聯(lián)過程中，對不需要焊接的部位多采用膠帶、熱塑化合物等掩膜保護(hù)起來。在高溫焊接作用下，膠帶粘接殘留物會變成難以去除的污染物，  而殘留在組件表面上。

3） 助焊劑的污染

印制板組件在焊接后有兩種污染現(xiàn)象，一是助焊劑擴(kuò)散造成的污染物， 二是助焊劑殘留在PCB 上的污染物。常用的有松香性助焊劑既無極溶劑中的鹵化物、免清洗焊劑白色沉淀物等殘留物。

4） 焊接過程中的污染

PCBA 在焊接過程中要產(chǎn)生各種污染，主要是PCB 上微小的焊料球， 焊料槽內(nèi)浮渣、焊料中的金屬夾渣、防護(hù)油脂等。

5） 工作環(huán)境的污染

工作場地的塵埃、水及溶液劑的蒸汽、煙霧、微小顆粒有機(jī)物，以及靜電引起的帶電粒子。

5. 污染物的危害

1） 化學(xué)污染的危害

造成氧化腐蝕，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。使金屬機(jī)械強(qiáng)度下降，元器件引線斷裂，印制線條斷裂，金屬化孔不良，可焊性下降，焊點變暗等嚴(yán)重現(xiàn)象。

2） 物理污染的危害

物理污染主要指印制電路板組件外觀損壞，或由于濕氣的凝聚、吸收和吸附作用，形成離子化污染的溶解，進(jìn)而活化潛在的污染的危害。物理污染會加速化學(xué)污染、光學(xué)和其它污染，帶來更嚴(yán)重的危害。

3） 機(jī)械污染的危害

產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用過程中受到振動或摩擦的影響，造成印制表面與粘接劑界面的損傷與污染，還會產(chǎn)生鍍層損傷，造成金屬焊盤脫落及印制板組件脫離的危險。

4） 光學(xué)污染的危害

在光敏電路中，由于污染物的聚集，影響了對光的吸收和反射，造成電路信號改變或終止。

由于上述化學(xué)的、物理的、機(jī)械的、光學(xué)的污染，造成對電路性能的危害，導(dǎo)致改變或終止電路的正常信號的功能，出現(xiàn)電路中斷、電阻增加、  局部發(fā)熱氧化、甚至電路短路，當(dāng)在較高溫度和濕度作用下，還會產(chǎn)生漏電流，介電常數(shù)及損耗系數(shù)的改變等不良現(xiàn)象，最終導(dǎo)致產(chǎn)品失效。

印制電路板在焊接和清洗過程中，涉及的化學(xué)材料很多，如：Sn-Pb 焊料及各種微量金屬元素（鋁、鋅等），還有它們的氧化物，各種焊劑，如 ： 松香性焊劑、水溶性焊劑等，焊膏中還有觸變劑、溶劑等，電路板的層壓材料、阻焊膜，空氣中的潮氣、氧氣。清洗時的各種溶劑（含氯、氟的有機(jī)溶劑、酒精溶劑、水溶劑等），這么多化學(xué)材料，在焊接高溫下和清洗過程中會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。以常用的松香助焊劑為例：

常用的松香助焊劑由松香樹脂組成，而松香樹脂的主要成分是松香酸，  松香酸的分子中有不飽和的雙鍵，因此特別容易氧化。印制電路板在焊接受熱時，松香酸迅速氧化,形成過氧化物和酮化合物，這些化學(xué)成分比原來的樹脂更不容易溶于溶劑。這樣，電路板清洗后在電路板表面就會有明顯的不規(guī)則的白斑分布，而且電路板受熱較厲害的部分更加明顯。

同時，松香型焊劑在焊接過程中會產(chǎn)生聚合反應(yīng)，松香型焊劑的聚合反應(yīng)常常是因為電路板過度受熱引起。

焊劑中的松香本身是不溶于水的，但焊劑在儲存和使用過程中，會吸收空氣中的潮氣，在用水清洗方式和含水酒精溶劑進(jìn)行清洗時，同樣會與水結(jié)合，發(fā)生水解反應(yīng)。

當(dāng)印制電路板進(jìn)行焊接時，焊料表面和元器件的電極、引腳中的錫、鉛、銅或鐵等元素回合焊劑中的有機(jī)酸發(fā)生很復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成一系列復(fù)雜的化合物，其中以錫和鉛的松香酸脂和海松酸甲酯為多，它們通常也是不溶于任何或含氯、含氟的溶劑。

焊劑當(dāng)中的鹵化物活性劑常用來提高焊劑的活性，但是在焊接過程中， 這些活性劑會和各種成分發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)形成金屬的鹵酸鹽，通常是錫、鉛、銅的氯化物，如果電路板不進(jìn)行清洗，固化的松香緊緊地把這些氯化物給包裹起來，使它們的活性難以發(fā)揮。

在松香層被破壞后，就表現(xiàn)為白色的斑塊，而且這些氯化物會進(jìn)一步與空氣當(dāng)中的水分和二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，形成碳酸鹽。上述這些反應(yīng)物將造成對電路性能的危害，導(dǎo)致改變或終止電路的正常信號的功能，出現(xiàn)電路中斷、電阻增加、局部發(fā)熱氧化、甚至電路短路，當(dāng)在較高溫度和濕度作用下，還會產(chǎn)生漏電流，介電常數(shù)及損耗系數(shù)的改變等不良現(xiàn)象，最終導(dǎo)致產(chǎn)品失效。

二.IPC-610E 對白色污染物的評判和分析

1. 助焊劑殘留物

1）合格1，2，3級：清潔，無可見殘留物。

2）可接受1，2，3級

（1） 對于清洗型助焊劑，不允許有可見殘留物。

（2） 對于免清洗工藝，可允許有助焊劑殘留物。

3）缺陷1，2，3級：可見的清洗助焊劑殘留物，或電氣配接面上的活性助焊劑殘留物。

注1：經(jīng)認(rèn)證測試合格后，一級可接受。還要檢查元器件內(nèi)部或底部截留的助焊劑殘留物。

1. 顆粒物

1）合格1，2，3級：潔凈。

2）可接受1，2，3級

（1） 連接、裹挾、包封在印制電路組件表面或阻焊膜上。

（2） 沒有違反最小電氣間隙。

3）缺陷- 1，2，3級

（1） 顆粒物沒有被連接、裹挾、包封。

（2） 違反最小電氣間隙。

注：連接/裹挾/包封是指產(chǎn)品的正常使用環(huán)境將不會造成顆粒物被移動。

1. 氯化物、碳酸鹽和白色殘留物

1） 合格：1，2，3級：無可見殘留物。2）缺陷1，2，3級

（1） PCB表面有白色殘留物。

（2） 焊接端子上或周圍有白色殘留物。

（3） 金屬表面有白色結(jié)晶物。

注：只要所用化學(xué)成分產(chǎn)生的殘留物已經(jīng)通過鑒定并有文件記錄其特性是良性的，來自于免洗或其他工藝的白色殘留物是可接受的。

1. 助焊劑殘留物–免洗工藝–外觀

1）可接受-1，2，3級

（1） 助焊劑殘留在非公共焊盤、元器件引線或?qū)w上，或其周圍，或跨接在它們之間。

（2） 助焊劑殘留物不妨礙目視檢查。

助捍劑殘留物不妨礙接近組件的測試點。

1） 缺陷

（1）3級：免清洗殘留物上留有指印。

（2） 缺陷2，3級

a） 助焊劑殘留物妨礙目視檢查。

b） 助捍劑殘留物妨礙接近組件的測試點。

c） 潮濕、有粘性、或過多的助焊劑殘留物，可能擴(kuò)展到其他表面。

（3）缺陷 1，2，3級

在任何電氣連接表面上阻礙電氣連接的免洗助焊劑殘留物。

注1：用有機(jī)可焊保護(hù)劑（OSP）涂敷的組件，接觸免洗工藝的助焊劑殘留物而引致的表面變色不視作缺陷。

注2：殘留物的外觀可能因助焊劑的特性和焊接工藝的不同而異。

1. 表面外觀

1）可接受 1，2，3 級：清潔的金屬表面輕微的轉(zhuǎn)暗。

2）缺陷1，2，3級

（1） 金屬表面或部件上帶有顏色的殘留物或銹斑。

（2） 腐蝕的跡象。

三.板級電路模塊焊后清洗常見質(zhì)量問題的分析及解決措施

1. PCB 引起的白色殘留物

PCB 引起的白色殘留物，實質(zhì)上是樹脂殘留物；是由于使用的環(huán)氧樹脂及阻焊膜固化不完全，在PCB 清洗后產(chǎn)生的。解決的辦法是確保 PCB

制造過程中環(huán)氧樹脂固化時間和阻焊膜的光、熱固化完全。對廣大PCB 的用戶主要是選擇一個質(zhì)量合格的PCB 制造商，并在入廠檢驗時強(qiáng)化對光板的質(zhì)量檢驗及進(jìn)行必要的預(yù)清洗。

2. 焊接過程中引起的白色殘留物

使用松香類焊劑焊接時，在焊接的高溫條件下，松香與溶融的錫鉛合金發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成松香酸錫鹽類。建議用稀釋的松香水對這類白色殘留物用刷子進(jìn)行清洗，然后再用去離子水進(jìn)行清洗。

3. 焊劑引起的白色殘留物

焊劑引起的白色殘留物是清洗后PCB 發(fā)白的主要原因；焊劑的固含量高，焊劑與清洗劑化學(xué)相容性不好，以及溶劑型焊劑、水溶性焊劑中含有的活性劑成分（常為鹵化物）等均會形成很強(qiáng)的無機(jī)酸或有機(jī)酸；這些無機(jī)酸或有機(jī)酸不但能與金屬氧化物起作用，也會與 PCB 上的金屬線路及焊點本身發(fā)生反應(yīng)，生成金屬鹵化物鹽類，如PbCl2、PbBr2 等。在高溫下將生成PbCO3，它是白色殘留物的來源；無機(jī)酸或有機(jī)酸也可與松香結(jié)合。

為解決焊劑引起的白色殘留物的方法，首先應(yīng)從改變焊劑的成分，降低固含量；盡量縮短焊接后到清洗工序的周轉(zhuǎn)時間，最好在 1h 內(nèi)完成清洗工序；并保證操作環(huán)境的干燥。

如果不能在 1h 內(nèi)完成清洗工序，隨著時間的延長，不但會使焊劑引起的白色殘留物變得十分難以清洗干凈，而且對于某些類似開關(guān)、繼電器等接觸類的電器部件的連接失效。

松香助焊劑殘留物對PCA 影響也是顯而易見的：

松香是常用的焊劑，在電子工業(yè)中常用的是氫化松香脂，具有酸性很弱、絕緣電阻高（1×1013），焊后形成的膜性能穩(wěn)定，使焊點及被焊件不受氧化的特點。松香由 90%的松香酸和 10%的中性物質(zhì)組成，在焊接過程中松香酸和銅的氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)式為：

在焊點周圍產(chǎn)生金屬堿，不溶于水，在常溫下不產(chǎn)生腐蝕。但松香殘留物具有吸濕性，在濕熱條件下，松香膜易發(fā)白；同時松香具有粘性，會吸附大氣中的灰塵和粒子，從而造成對 PCA 的污染和腐蝕，因此除一些消費類電子產(chǎn)品和低檔次工業(yè)品外，松香助焊劑殘留物必須徹底清洗干凈。

4.清洗溶劑引起的發(fā)白

清洗溶劑引起的白色殘留的物系松香酸與醇類清洗劑作用生成的松香脂，其結(jié)構(gòu)與雙萜類（EC-7R 是一種從柑桔皮中提取出來的萜烯類有機(jī)物） 相擬，當(dāng)它揮發(fā)時會吸收周圍空間的熱量，若在潮濕的環(huán)境下，隨著溶劑的揮發(fā)灰造成空氣中水份冷凝，在PCB 上留下白色殘留物。

清除清洗溶劑引起的白色殘留物的方法是使用醇與水混合液清洗劑， 或在高壓下用醇類清洗劑噴淋。

5. 清洗過程中操作不當(dāng)引起的發(fā)白

操作不當(dāng)引起的白色殘留物，是影響 PCB 清潔度的重要原因之一，若焊接后至清洗工序的時間過長，會給白色殘留物的生成創(chuàng)造條件，尤其是松香或樹脂型焊劑，更應(yīng)在焊接后立即完成清洗，以便最低限度的減少白色殘留物的生成。清洗時，溫度在 50~60℃，清洗時間一般為 3~5min 為宜 ，否則也會生成白色殘留物。

6. 關(guān)于清洗后元器件表面字符脫落問題

GJB3243 規(guī)定，元器件應(yīng)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脫落則是由于元器件的外觀質(zhì)量不符合 GJB 3243 要求。

四.高可靠PCBA 對“白色污染物”的規(guī)定和要求

IPC-610E給出了某些污染物的評判分析，但同時又要求每個生產(chǎn)設(shè)施都應(yīng)該建立一個以每種污染物容許殘留值為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)推薦采用下列測試方法建立相關(guān)的設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)：基于J-STD-001采用離子萃取設(shè)備進(jìn)行的污染物測試，以及如IPC-TM-650描述的環(huán)境條件下進(jìn)行的絕緣阻抗測試和其他電氣參數(shù)測試。

結(jié)合IPC-610E  對白色污染物的評判和分析，高可靠電子產(chǎn)品印制電路板組裝件對白色污染物的合格要求應(yīng)符合以下規(guī)定：

1. 清潔，無可見助焊劑殘留物。

2. 潔凈，無顆粒物。

3. 無可見氯化物、碳酸鹽和白色殘留物。

4. 清潔的金屬表面輕微的轉(zhuǎn)暗。

高可靠電子產(chǎn)品印制電路板組裝件的潔凈度要求必須滿足 QJ165B- 2014“離子污染度1.56ug（NaCl）/cm2 或絕緣電阻值不小于 100 兆歐”的規(guī)定。

五.高可靠PCBA 對“白斑”的規(guī)定和要求

1. 什么是“白斑”

白斑是“一種發(fā)生在層壓基材內(nèi)部，玻璃纖維在編織交叉處與樹脂分離的情形，表現(xiàn)為在基材表面下分散的白色斑點或“十字紋”，通常和熱應(yīng)力有關(guān)。

2. “白色污染物”與“白斑”的區(qū)別

需要說明的是PCBA 組裝焊接清洗過程中產(chǎn)生的“白色污染物”與“白斑”屬于兩個不同的概念。

“白色污染物”是PCBA 組裝焊接清洗過程中產(chǎn)生的多余物，而“白斑”是一種發(fā)生在層壓基材內(nèi)部，玻璃纖維在編織交叉處與樹脂分離的情形，表現(xiàn)為在基材表面下分散的白色斑點或十字紋。

3. GJB362B 和 QJ831B 的作用

GJB362B 是剛性印制板通用規(guī)范，QJ831B 是航天用多層印制電路通用規(guī)范；GJB362B 和QJ831B 中的相關(guān)條款規(guī)定了對白斑的要求，是對印制板（PCB）的設(shè)計制造要求和驗收標(biāo)準(zhǔn)。目前軍品還沒有印制板組件

（PCBA）焊接后對白斑的規(guī)定要求。

4. GJB362B 對白斑和微裂紋等的質(zhì)量要求

1） 斑點

理想情況下應(yīng)無斑點。斑點若屬于下列情況可以接收：

（1） 斑點是半透明的；

（2） 斑點是顯布紋，而不是分層或分離

（3） 孤立的斑點離導(dǎo)線的距離不小于 0.25mm。或經(jīng)過任何焊接操作后不擴(kuò)大（凝膠顆粒不管在任何位置均可以接收）。

2） 白斑和裂紋

理想情況下應(yīng)無白斑和裂紋。若屬于下列情況可以接收：

（1） 若印制板不用于高電場，則白斑可接收；但白斑總面積應(yīng)不大于印制板總面積的 2%（兩面計算），任何方向的尺寸應(yīng)不大于 0.80mm；且不使相鄰導(dǎo)電圖形之間橋接；

（2） 裂紋未使導(dǎo)電圖形的間距減小到低于布設(shè)總圖中規(guī)定的最小值；

（3） 熱應(yīng)力試驗后裂紋不擴(kuò)大；

（4） 板邊緣的裂紋不應(yīng)使板邊緣與導(dǎo)線的間距減小到低于布設(shè)總圖中規(guī)定的最小值；若未規(guī)定最小值，則間距的減小應(yīng)不大于 2.5mm；

（5） 裂紋不應(yīng)超過相鄰導(dǎo)線間距的 50%。

5. QJ831B 對白斑和微裂紋等的質(zhì)量要求

1） 白斑和裂紋

如果不用于高電場，多層板上的白斑和裂紋應(yīng)不大于多層板總面積的2%，在內(nèi)層導(dǎo)線間，應(yīng)不大于該處間距的 25%，在任何方向上的尺寸應(yīng)不大于 0.8mm。

2） 表面下斑點

表面下斑點符合下列條件時，應(yīng)判為合格

（1） 當(dāng)表面下斑點是半透明的，或確知為顯露布紋而不是分層和分離；

（2） 孤立的斑點距導(dǎo)線的距離至少 0.25mm；

（3） 經(jīng)過任何焊接操作后不擴(kuò)大。

6. 對白斑的管控措施

為提高產(chǎn)品設(shè)計和組裝焊接質(zhì)量，實施可制造性設(shè)計和工藝過程控制是必不可少的。 我們應(yīng)立足預(yù)防為主，在設(shè)計階段就對不同等級 PCB 的

可接受條件作出明確規(guī)定，其中包括 PCB 的驗收要求；例如軍品可以按照GJB362B 的規(guī)定進(jìn)行PCB 的驗收，這樣就可以控制 PCB 供貨的質(zhì)量源頭。在此基礎(chǔ)上，強(qiáng)化 PCBA 組裝焊接工藝控制，就可以避免類似白斑、微裂紋、分層和起泡等質(zhì)量問題的出現(xiàn)。

如果我們的印制板是按照 GJB362B 驗收的，就可以排除 PCB 貨源的問題。在組裝焊接中出現(xiàn)“白斑”的原因基本上是焊接溫度過高，例如軍品焊接無鉛BGA 時峰值溫度要達(dá)到 240℃，或手工焊接時實際焊接溫度過高，焊接時間過長，PCB 的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度過低等，需要引起我們的注意 。

7. 軍品印制板組件（PCBA）焊接后對白斑的規(guī)定要求

7.1 SJ20385-2008《軍用電子設(shè)備電氣裝配技術(shù)要求）

印制板組裝件焊接后印制板不應(yīng)有翹起、銅箔剝離、焊盤移位、橋接、  濺射、印制板燒傷及阻焊膜起泡等現(xiàn)象。

7.2 結(jié)合 GJB362B 和 QJ831B 對層壓板的要求，印制板組裝件焊接后印制板對白斑的要求應(yīng)如下：

1） 斑點

（1） 合格：無斑點。

（2） 可接收

①斑點是半透明的；

②斑點是顯布紋，而不是分層或分離；

③孤立的斑點離導(dǎo)線的距離不小于 0.25mm；

④經(jīng)過任何焊接操作后不擴(kuò)大（凝膠顆粒不管在任何位置均可以接收）。

2） 白斑和裂紋

（1） 合格：無白斑和裂紋。

（2） 可接收：

①若印制板不用于高電場，則白斑可接收；多層板上的白斑和裂紋應(yīng)不大于多層板總面積的 2%；在內(nèi)層導(dǎo)線間，應(yīng)不大于該處間距的 25%；任何方向的尺寸應(yīng)不大于 0.80mm；且不使相鄰導(dǎo)電圖形之間橋接；

②裂紋未使導(dǎo)電圖形的間距減小到低于布設(shè)總圖中規(guī)定的最小值；

③熱應(yīng)力試驗后裂紋不擴(kuò)大；

④板邊緣的裂紋不應(yīng)使板邊緣與導(dǎo)線的間距減小到低于布設(shè)總圖中規(guī)定的最小值；若未規(guī)定最小值，則間距的減小應(yīng)不大于 2.5mm；

⑤裂紋不應(yīng)超過相鄰導(dǎo)線間距的 50%。