5、進口等離子清洗機清洗效果的評估

PCBA清洗效果的定性和量化檢驗，通過潔凈度指標來評估。

5.1氧等離子清洗機 潔凈度等級標準

按中華人民共和國電子行業(yè)軍用標準SJ20896-2003中有關規(guī)定，根據(jù)電子產(chǎn)品可靠性及工作性能要求，將電子產(chǎn)品潔凈度分為三個等級，如表1所示。
    在實際工作中，根除污染實際上幾乎是不可能的，一個折中的辦法就是確定電路板上的污染可以和不可以接受的程度。按照IPC-J-STD-001E標準助焊劑殘留三級標準規(guī)定＜40μg/cm2，離子污染物含量三級標準規(guī)定≤1.5（Nacl）μg/cm2，萃取溶液電阻率＞2×106Ω·cm。

請注意，隨著PCBA的微型化，幾乎可以肯定這個含量是太高了?，F(xiàn)在常用的是離子污染物要求大約≤0.2（Nacl）μg/cm2。

5.2 氧等離子清洗機PCBA潔凈度檢測方法

5.2.1 氧等離子清洗機目測法

    利用放大鏡（X5）或光學顯微鏡對PCBA進行觀察，通過觀察有無焊劑固體殘留物、錫渣錫珠、不固定的金屬顆粒及其它污染物，來評定清洗質(zhì)量。通常要求PCBA表面必須盡可能清潔，應看不到殘留物或污染物的痕跡，這是一個定性的指標，通常以用戶的要求為目標，自己制定檢驗判斷標準，以及檢查時使用放大鏡的倍數(shù)。這種方法的特點是簡單易行，缺點是無法檢查元器件底部的污染物以及殘留的離子污染物，適合于要求不高的場合。

5.2.2 氧等離子清洗機溶劑萃取液測試法

溶劑萃取液測試法又稱離子污染物含量測試。它是一種離子污染物的含量平均測試，測試一般都是采用IPC方法（IPC-TM-610.2.3.25），它是將清洗后的PCBA，浸入離子度污染測定儀的測試溶液中（75%±2%的純異丙醇加25%的DI水），將離子殘留物溶解于溶劑中，小心收集溶劑，測定它的電阻率。
離子污染物通常來源于焊劑的活性物質(zhì)，如鹵素離子，酸根離子，以及腐蝕產(chǎn)生的金屬離子，結(jié)果以單位面積上的氯化鈉（NaCl）當量數(shù)來表示。即這些離子污染物（只包括那些可以溶入在溶劑）的總量，相當于多少的NaCl的量，并非在PCBA的表面一定存在或僅存在NaCl。 

5.2.3 氧等離子清洗機表面絕緣電阻測試法(SIR)

此法是測量PCBA上導體之間表面絕緣電阻，表面絕緣電阻的測量能指出由于污染在各種溫度、濕度、電壓和時間條件下的漏電情況。其優(yōu)點是直接測量和定量測量；而且可以檢測局部區(qū)域是否存在焊劑。由于PCBA焊膏中的殘留焊劑主要存在于器件與PCB的夾縫中，特別是BGA的焊點，更難以清除，為了進一步驗證清洗效果，或者說驗證所使用的錫膏的安全性（電氣性能），通常采用測量元器件與PCB夾縫中的表面電阻來檢驗PCBA的清洗效果。

一般SIR測量條件是在環(huán)境溫度85℃、環(huán)境濕度85%RH和100V測量偏壓下，試驗170小時。

5.2.4 氧等離子清洗機離子污染物當量測試法（動態(tài)法）

參見SJ20869-2003中第6.3的規(guī)定。

5.2.5氧等離子清洗機焊劑殘留量的檢測

參見SJ20896-2003中第6.4的規(guī)定。

6、氧等離子清洗機幾種先進的清洗工藝

現(xiàn)在，很多PCBA的生產(chǎn)制造中都用到了清洗工藝，對于不同級別要求的產(chǎn)品、采用的助焊劑以及經(jīng)過的工序的差別，需采用的清洗劑、所需設備、工藝都不相同。大部分設備供應商都推出了清洗機設備及其清洗方案，并首先對制造工廠的焊接后的殘留物的檢測分析，然后給出針對性的系統(tǒng)清洗解決方案。有全自動化的在線式清洗機、半自動化的離線式清洗機、手工清洗機等，有適用于全水基（用離子水清洗）、半水基（用化學物質(zhì)水溶液清洗，如皂化液）以及全化學溶劑的方式清洗。很多公司傾向于采用水基清洗劑，并向環(huán)境友好方向發(fā)展。全球知名清洗產(chǎn)品及技術(shù)支持供應商有ZESTRON、KYZEN等。

氧等離子清洗機

一種全自動化的在線式清洗機實物圖，見圖7所示。該清洗機針對SMT/THT的PCBA焊接后表面殘留的松香助焊劑、水溶性助焊劑、免清洗性助焊劑/焊膏等有機、無機污染物進行徹底有效的清洗。它適用于大批量PCBA清洗，采用安全自動化的清洗設備置于電裝產(chǎn)線，通過不同的腔體在線完成化學清洗（或者水基清洗）、水基漂洗、烘干全部工序。清洗過程中，PCBA通過清洗機的傳送帶在不同的溶劑清洗腔體內(nèi)，清洗液必須與元器件、PCB表面、金屬鍍層、鋁鍍層、標簽、字跡等材料兼容，特殊部件需考慮能否經(jīng)受清洗。

等離子清洗機清洗原理清洗工藝流程為：

入板----化學預洗----化學清洗----化學隔離----預漂洗----漂洗----最后噴淋----風切干燥----烘干。清洗過程如圖8示。

 一種半自動化的離線式實物圖，見圖9所示。該清洗機針對SMT/THT的PCBA焊接后表面殘留的松香助焊劑、水溶性助焊劑、免清洗性助焊劑/焊膏等有機、無機污染物進行徹底有效的清洗。它適用于小批量多品種PCBA清洗，通過人工的搬運進行可設置在產(chǎn)線的任何地方，離線在一個腔體內(nèi)完成化學清洗（或者水基清洗）、水基漂洗、烘干全部工序。清洗過程中，PCBA通常需夾具固定或是放在籃子（basket）里進行，清洗液必須與元器件、PCB表面、金屬鍍層、鋁鍍層、標簽、字跡等材料兼容，特殊部件需考慮能否經(jīng)受清洗。
PCBA在清洗籃中的放置密度和放置傾角是有一定要求的，這兩個因素對清洗效果會有直接的影響，如圖10所示。

等離子清洗機清洗原理-工清洗機

  一種手工清洗機（也稱恒溫清洗槽）實物圖，見圖11所示。該清洗機針對SMT/THT的PCBA焊接后表面殘留的松香助焊劑、水溶性助焊劑、松香助焊劑、免清洗性助焊劑/焊膏等有機、無機污染物進行徹底有效的清洗。它適用于小批量樣品PCBA清洗，通過溫度控制，適應MPC微相清洗劑手工清洗工藝，在一個恒溫槽內(nèi)完成化學清洗。
注意：超聲波清洗作為投資少、便于實施的方案也為一些PCBA生產(chǎn)制造商所采用。但是，航天軍工限（禁）用超聲波清洗工藝，超聲波清洗不應用于清洗電氣或電子部件、元器件或裝有電子元器件的部件，清洗時應采取保護措施，以防元器件受損（美軍標DOD-STD-2000-4A《電氣和電子設備通用焊接技術(shù)要求》）；IPC-A-610E-2010三級標準也一般禁止超聲波清洗工藝。

7  真空等離子清洗機系統(tǒng)設計與工藝考量

隨著環(huán)保理念的深入人心、政府對破壞大氣層的罪魁禍首氟利昂的禁用，業(yè)界尋找了免清洗工藝來節(jié)省成本和致力于環(huán)保，但隨著組裝密度和復雜性不斷提高，引腳和焊盤之間的間隙越來越小，許多人開始擔心電路板上的微粒對于電氣性能潛在危害，隨著使用時間的推移，不清洗PCBA可能會存在電化學遷移、漏電電流、高頻電路中的信號失真等潛在風險。
近兩年從國外開始重視起清洗問題，出現(xiàn)了許多的清洗設備供應商和方案公司，提供清洗設備、溶劑和清洗工藝服務。我國軍工企業(yè)也相應開始這方面的應用研究，代工和生產(chǎn)制造企業(yè)的PCBA清洗的顧客要求越來越多。
對于清洗問題，在產(chǎn)品的生命周期中所有與產(chǎn)品有關的人員都必須把清洗納入他們的計劃中，從產(chǎn)品的策劃設計開始就要考慮清洗的可制造性設計，PCB的設計、元器件的選擇、組裝工藝要求對產(chǎn)線的改造等等。

大多數(shù)設計師把清洗列為設計以后的事情，留給工藝工程師去做，但是PCB的布局設計對清洗的能力的影響極大，后續(xù)生產(chǎn)制造中的清洗并非能解決所有問題。

7.1 真空等離子清洗機控制PCB及元器件清潔度

來料PCB與元器件應保證表面無明顯污染物，元器件表面的污染物也會因工藝原因帶到PCB上。一般PCB的離子污染應控制在1.5mgNaCl/cm2以下，元器件在保持可焊性的同時，要保證同樣的清潔度要求。

7.2 真空等離子清洗機防止PCBA轉(zhuǎn)移過程污染

在不少企業(yè)組裝好的PCBA隨意堆放，車間環(huán)境差，無抽風設備，人員赤手空拳行事，極易引起PCBA板面的污染，汗?jié)n污染卻不可避免，因此必須采取必要的措施，保證作業(yè)條件必要的清潔度要求。

7.3 真空等離子清洗機焊料焊劑的選擇

主要包括助焊劑、焊膏、焊錫條、焊錫絲。理想的焊劑在工藝中由于預熱及焊接熱，還有錫波的清洗，會使焊劑中的活性物質(zhì)得到充分地利用，將清潔度保持到最佳。此外，SMT使用的部分焊膏的殘留物極多，而且去除極難。因此選用焊料焊劑非常重要，最好從通過檢測的產(chǎn)品中選擇，并進行必要的工藝試驗，使之與清洗過程相匹配，再確定使用。

7.4 真空等離子清洗機加強工藝控制

PCBA的主要殘留物來自焊劑。因此在保證焊接質(zhì)量的條件下，適當提高焊接時的預熱及焊接溫度，以及必要的焊接時間，使盡可能多的離子殘留會隨高溫分解或揮發(fā)，從而得到清潔的PCBA。此外，其他控制措施，比如采用防潮樹脂保護PCBA的表面，間接地防止或降低離子殘留物的影響，這也不失一個好辦法。
在PCBA組裝生產(chǎn)過程中，做好組裝工夾具SMT鋼網(wǎng)、焊接托盤的清洗其目的就是要防止污染，保證PCBA的潔凈度。

7.5 真空等離子清洗機使用清洗工藝

絕大部分的PCBA的離子污染在清洗前難達到小于1.5mgNaCl/cm2，許多要求高的PCBA，必須經(jīng)過嚴格的清洗。清洗時既要針對松香或樹脂，又要針對離子性的殘留，根據(jù)化學上的相似相溶原理清洗。清洗就是殘留物的溶解過程，因此必須使用極性與非極性的混合溶劑，才能有效的去除PCBA的殘留。

7.6 微薄等離子清洗機注意事項

• （1）印制板組裝件裝焊后應盡快進行清洗（因為焊劑殘留物會隨著時間逐漸硬化并形成金屬鹵酸鹽等腐蝕物），徹底清除印制板的殘留焊劑、焊料及其它污染物。
• （2）在清洗時要防止有害的清洗劑侵入未完全密封的元器件內(nèi)，以免對元器件造成損害或潛在的損害。
• （3）印制板組件清洗后，放入40～50℃的烘箱中烘烤干燥20～30分鐘，清洗件未干燥前，不應用裸手觸摸器件。
•  （4）清洗不應對元器件、標識、焊點及印制板產(chǎn)生影響。

氧等離子清洗機結(jié)束語

一般電子產(chǎn)品PCBA的組裝要經(jīng)過SMT+THT工藝流程，其間要經(jīng)過波峰焊焊接、回流焊焊接、手工焊接及其他焊接過程，不管是什么方式的焊接，組裝（電裝）工藝過程都是主要
的組裝污染來源。氧等離子清洗機就是一個焊接殘留物的溶解去除過程，清洗的目的是通過保證良好表面電阻、防止漏電，從而在本質(zhì)上延長產(chǎn)品壽命。

從不斷發(fā)展的電子產(chǎn)品市場可以看出，現(xiàn)代和未來的電子產(chǎn)品將會變得越來越小，對高性能和高可靠性的要求將比以往任何時候都更為強烈。徹底清洗是一項十分重要而技術(shù)性很強的工作，它直接影響到電子產(chǎn)品的工作壽命和可靠性，也關系到對環(huán)境的保護和人類的健康。要從整個生產(chǎn)工藝系統(tǒng)的角度來重新認識和解決焊接清洗問題，方案的實施要配合助焊劑、焊料焊膏、焊錫絲等焊接材料的使用，使有機溶劑、無機溶劑及其混合溶劑或者水洗或者免清洗與其做到匹配，才能有效除去殘留，使清洗潔凈度較容易得以滿足顧客期望。

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