如何选择SMT清洗剂

SMT清洗溶剂的选择
By 张兴隆
　　在“免洗”锡膏的时代，装配的准确清洗产生了一个新的标准。装配制造商必须问的问题决定于：清洁是否为PCB可靠性的要求？即，要求清洁步骤是否为了使最终产品在设计的环境内能够工作达到所要求的最短时间或周期数？
　　在九十年代，印刷电路板(PCB)的装配是在新的标准上进行的。蒸汽去脂溶剂(vapor-degreasing solvent)由于环境法规而被逐渐淘汰。“免洗”工艺构造了一个所希望的技术手段；当考虑了清洗的时候，水溶性助焊剂通常是人们的选择；这样，清洁规格对空板和组件就不要求了，因为完成的装配都要通过正常清洗。
　　清洗“终结”了吗？
　　松香助焊剂是杰出的“密封剂”，它意味着当采用无离子活性剂配方的时候，留下的是非离子残留。忽略板上的残留对那些关注取消臭氧消耗化学品的人来说是个有吸引力的选择。基于这个理由，相当的时间、努力和投资贡献在免洗技术上。结果，许多低残留助焊剂的技术进步和设备技术被用来支持这个技术的改变。现在的问题变成，为什么清洁？
　　实际上，有一个常见的错误概念就是再不需要装配的清洁了。但是免于那些反过来影响功能的有害污染，对可靠性的重要性与焊点连接强度的重要性是一样的。清洁甚至对免洗工艺的成功实施还起重要的作用。到料的组件以及装配环境的控制还必须满足清洁度标准，如果取消了焊后清洁。
　　高可靠性的应用要求受控的、完善的焊后清洗工艺，它使用对清洗材料最佳的化学品。那些应用是不能将就免洗工艺要求的。而且，SMT的不断发展使得辅助的清洗成为必要。例如，更紧密的线和装配上的区域列阵、芯片规模与倒装芯片的包装都要求清洁其许许多多的I/O连接点。清洗对要求保形涂敷的装配的最佳性能是一项重要的步骤。
　　设计PCB时记住清洗工艺
　　当装配要求焊后清洗时，设计组件布局、焊接和清洁的时候要可能考虑一些权衡办法。对高密度的表面贴装装配，设计者应该提供清洁的余地。以下是一些值得考虑的设计选择：
组件的最佳方向
喷射组件下面的最小障碍
清洗化学剂的高能喷射器的使用
冲刷(液态颗粒小于组件与板层之间的空间)用的微细喷雾的使用
“阴影”的消除，即，较高的组件放置在离喷雾嘴最远的位置，最小的组件最近
组件贴放：无源片状元件(或圆柱形通孔类)的方向应该是使其长轴垂直于喷雾方向。双排和小引脚的集成电路(SOIC)组件是长边沿喷雾线放置。正方形扁平包装(QFP)四周都有连接或无引脚陶瓷芯片载体(LCCC)等组件的方向是其主边与喷雾方向成90°。
　　总之，组件的贴装应该计划，使得可达到液体“最好”的疏散，例如，有清晰的带一定间隔的行路，给液体排出板面，保证当有BGA或CSP出现时清洗不受影响。设计者头脑中应该有产品的外形，功能，及如何制造。特别是，装配过程的每一步怎样影响其它步骤。在设计阶段认识到这些要求并将其集中完全优化的装配制造商掌握了成功的钥匙。
装配前组件
　　污染残留物可以通过最初出现在装配前组件和材料上而带入最后装配。如果不在装配前从组件和板上去掉，则不能保证在后面可以去掉—特别是如果采用免洗技术。如果出现在高密度连接结构内，那情况可能更紧急，因为细小的空隙很容易藏纳污垢。低残留、免洗焊接工艺的如何成功都直接依靠进来的光板与所有组件的清洁度。
　　组件上经常发现颗粒状、油状或片状的非极性残留物，而来自组件装配时不完整清洗的极性残留物，可能是上锡和助焊剂的残留物。装配前的组件来源必须保持一个清洁的标准。
　　装配中遇到的污染
　　污染对装配过程来说不是外来的。对电镀通孔和表面贴装组件的日益增长的关注是那些通常遇到的越来越紧的间隙。离板高度和引脚间距已稳步缩小，线间间距也是一样。另外，甚至采用现代制造工艺，也造成越来越顽固的残留物。
　　残留物由离子(极性)、非离子(非极性)和微细的污物组成。离子残留物由助焊剂活性剂、残留电镀盐和操作污物组成；非离子残留物包括助焊剂、油、脂、熔化液体和游离材料中的已反应的、非挥发性的残留物。微小的残留物由锡球或锡渣、操作污物、钻孔或走线灰尘和空气中的物体组成。
　　极性残留物当溶于水中时形成离子。例如，当指纹藏纳的盐溶于水中，氯化钠分子游离成正的纳离子和负的氯离子。在离子状态，NaCl增加水的导电性，可能引起电路中信号改变，开始电迁移，产生腐蚀。典型的极性残留物来自电镀和蚀刻材料，板或组件制造过程的化学物质，水溶性锡助焊剂成分，来自松香或合成催化焊锡助焊剂的活性剂，助焊剂反应产品，水溶性阻焊材料成分和来自手工处理的沈淀物。
　　非极性残留物由那些当溶于水时不形成离子的污染物质组成。它们可能是喜水的或不喜水的(通常喜油)。吸湿的材料可能促使表面水膜的形成，从而造成表面电阻的降低。同样，在适当条件下，可能发生电迁移。不溶于水的非离子残留物，由松香、合成树脂、来自低残留/免洗助焊剂配方的有机化合物、来自锡线助焊剂的增塑剂、化学反应产品、油和脂、指纹油、组件上的释放剂、不可溶的无机化学成分和锡膏的流变添加剂。
　　微细残留物典型地要求机械能量将其去掉。常见的微细残留物是来自灰尘中的硅酸材料、水解或氧化的松香、某些助焊剂反应产品(一些白色残留物)、硅质脂/油、来自板层的玻璃纤维、阻焊材料的硅土和粘土填充剂、以及锡球和锡渣。
　　最后，如果装配制造商选择免洗工艺，那么必须做到进来的组件满足所要求的清洁标准，板的处理用手套或手指套来完成，控制焊接过程以保证污染在最低水平。如果制定氮气作焊接过程的惰性处理，那必须实行更严格的过程控制。真正的免洗工艺的成本可能和焊后轻洗的差不多，因为新的固定设备的投入，加上氮气的消耗。随后的运作，如线的绑接、芯片附着、检查、焊接、返工/修理、测试、实时处理、储存和最后装配，都是包括在焊接运作之内完成的。如果装配不尊照适当的处理技术，可靠产品所要求的清洁度水平可能会打折扣。