中国电子科技集团第三十八研究所 安徽省合肥市 230001
摘要：通过对水清洗工艺技术的研究，掌握水清洗工艺的方法，使PCB组件水清洗后达到国军标的要求。采用试验元器件、PCB、清洗剂以及焊接辅材组装水清洗样件，经过大量的水清洗试验，对清洗时间、清洗温度、漂洗次数、清洗剂体积分数对清洗效果的影响进行研究，水清洗后按标准要求进行目视检查以及残留离子含量检测，最终得出合适的水清洗工艺参数及清洗剂。
关键词：助焊剂；水清洗工艺；离子含量
一、试验样件的制作
1.1试验器件
组装样件的器件主要有片式元件（带料）、THD、DIP、接插件、QFP（引脚间距0.4mm）、QFN（引脚间距0.5mm）和BGA（球间距0.8mm）等。
1.2试验PCB
PCB材料的选用主要为使用较多的FR-4，PCB主要镀层种类有镍金和锡铅。
1.3试验清洗剂
试验的清洗剂分别为某水基型的碱性清洗剂a、偏中性的清洗剂b以及某水基型的碱性清洗剂c。
1.4试验设备
（1）DI-200-10MC型去离子水系统；（2）SMT3500-LD型水清洗机；（3）Zero-lonZI-300A离子污染物测试仪。
1.5试验用焊料
试验辅材有焊锡丝S-Sn63PbA、焊膏OL107E和焊条ZHLSn63PbA。
二、研究过程
水清洗工艺的主要参数是清洗时间、清洗温度、漂洗次数、清洗剂体积分数和清洗压力，我们通过水清洗试验对每个参数进行研究，得到最佳的水清洗工艺参数，具体试验过程如下。
2.1水清洗工艺参数研究
2.1.1清洗时间的研究
水清洗机的清洗压力为0.6MPa（不可调节），根据溶剂厂家提供的资料，我们将工艺参数设置为推荐参数的中间值，清洗温度设定为50℃，漂洗次数设定为7次，清洗剂体积分数设定为15%，清洗时间分别为4min、6min、8min、10min和12min，研究各清洗剂不同清洗时间对各样件清洗质量的影响，从而确定清洗剂分别清洗样件1～样件5的最佳清洗时间。在试验中，由于样件1～样件3中QFP器件自身的阴影效应，清洗喷淋时，被遮挡QFP器件的一边引脚未清洗干净，有残余物，我们通过调整PCB放置角度（90°或180°）进行二次清洗，从而使QFP器件引脚清洗干净，所以在以下的清洗试验中，含QFP器件的样件都按此方法进行操作。清洗剂c清洗样件1的试验中，当清洗时间在6min时，残留离子含量可满足国军标的要求，QFP引脚有少量的残余物；当清洗时间超过8min后，QFP引脚没有残余物，但是清洗时间为6～12min的样件所有焊点都不符合要求（不亮，发灰）。清洗剂c清洗样件1后残留离子含量测试合格，没有焊剂残余物，但焊点外观不符合要求（不亮，发灰），所以在以下的清洗时间、清洗温度和漂洗次数研究中不再使用清洗剂c，在后面清洗剂体积分数的研究时，再将清洗剂c进行试验。根据GJB5807-2006军用印制板组装件焊后清洗要求6.3.2中c）条，要求三级电子产品离子残留物含量应不大于1.56μg/cm。
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2.1.2通过对各清洗剂采用不
同清洗时间开展的水清洗试验，得到不同清洗时间的离子残留离子数据以及外观检查，可得出结论：当清洗时间在4min后，各样件的残留离子含量都合格，且离子含量有明显下降，但清洗时间超过6min后，残留离子含量下降的速度很慢，当清洗时间超过8min后，残留离子含量几乎不再下降；结果说明清洗效果并不会随着清洗时间的不断增加而持续变林小平，等：PCB组件水清洗工艺技术研究2015年7月电子工艺技术ElectronicsProcessTechnology230 不同清洗温度下的外观不同漂洗次数的QFP引脚图清洗温度为35℃清洗温度为40℃清洗温度为40℃清洗温度为45℃漂洗7次漂洗3次漂洗5次好，应该有一个合理的范围。根据以上试验过程分析，清洗时间为6～10min时，能取得好的清洗效果，达到国军标的要求。
2.1.3清洗温度的研究
将工艺参数中清洗时间设定为8min，漂洗次数设定为7次，清洗剂体积分数设定为15%，清洗温度分别设定为35℃、40℃、45℃、50℃、55℃和60℃，研究各清洗剂在不同温度下对各样件清洗质量的影响。通过按以上参数对各清洗剂采用不同清洗温度开展的水清洗试验，得到不同清洗温度的残留离子数据和外观检查，可得出以下结论：当清洗温度超过40℃后，各样件的残留离子含量都能合格，且残留离子含量有明显下降，但清洗温度超过45℃后，残留离子含量下降的速度很慢，当清洗温度超过50℃，残留离子含量几乎不再下降。结果说明：清洗效果随清洗温度的上升而持续变好，当达到一定温度后，残留离子的含量变化很小。
2.1.4漂洗次数的研究
将工艺参数的清洗时间设定为8min，清洗温度设定为50℃，清洗剂体积分数设定为15%，漂洗次数分别为：3次、5次、7次、9次和11次，研究各清洗剂通过不同的漂洗次数对各样件清洗质量的影响。通过按以上参数采用不同清洗温度开展的水清洗试验，得到不同清洗温度的残留离子含量数据和外观检查，可得出以下结论：当漂洗次数达到5次后，各样件的残留离子含量都能合格，且残留离子含量有明显下降，当漂洗次数超过7次，残留离子含量几乎不再下降；结果说明漂洗效果随着漂洗次数的增加而变好，但是达到一定次数后，残留离子含量变化很小。
2.2清洗剂体积分数的研究
通过以上试验，得出了各清洗剂清洗各样件的清洗时间、清洗温度和漂洗次数参数，对于清洗样件合格的清洗剂，考虑更好的清洗兼容性以及清洗成本，将清洗剂体积分数降低进行清洗试验，对于清洗样件不合格的清洗剂，则需要提高清洗剂体积分数进行试验，在研究清洗剂体积分数时，都将清洗时间、清洗温度、漂洗次数参数设定在以上试验得到的最佳参数范围内。（1）清洗剂a和清洗剂b在体积分数为15%时，进行清洗试验，清洗后残留离子含量测试合格，外观检查符合要求。因此，将清洗剂a和清洗剂b的体积分数降为10%进行试验。通过试验得出：清洗剂a和清洗剂b在体积分数为10%时，清洗试验后，残留离子含量不合格，外观不符合要求，所以再将清洗剂体积分数升高为13%进行清洗试验。清洗剂a和清洗剂b在体积分数为13%清洗样件后，残留离子含量合格，但外观不符合要求，所以确定清洗剂a和清洗剂b的体积分数为15%时，可取得好的清洗效果。（2）清洗剂c体积分数为15%时，测试的残留离子含量合格，但焊点外观不符合要求（不亮，发灰），所以我们把清洗剂c体积分数降低为10%进行清洗试验，观察焊点外观是否符合要求。通过以上试验得出：清洗剂c体积分数为10%清洗样件后，残留离子含量合格，但是清洗后的所有焊点外观仍然不符合要求（不亮，发灰），经分析，发灰是有腐蚀的现象，所以将清洗剂c淘汰。
三、清洗剂的确定
由以上各清洗剂的不同清洗时间、清洗温度、漂洗次数和清洗剂质量分数开展水清洗试验，得出了残留离子含量数据和外观检查结果，相同工艺参数条件下，清洗剂a的清洗样件的残留离子含量较清洗剂b的稍小，清洗高密度细间距器件的回流焊印制板组件（带QFP和BGA器件）时，优先选择清洗剂a，清洗波峰焊或不含（QFP和BGA器件）的手工焊印制板组件优先选择清洗剂b。
四、湿热试验
为了验证试验样品清洗的可靠性，结合GJB150.A－2009军用装备实验室环境试验方法，对完成清洗的样品进行湿热试验，湿热试验条件如图7所示，具体试验条件：+60℃，95%RH；+30℃，95%RH；试验持续时间：10个周期，一个循环周期24h。0816409585相对湿度RH/%时间t/h时间t/h028162440486030温度θ/℃试验样件完成环境试验后，用10倍放大镜对试验样件的清洗质量进行检测：样件表面、焊点及周边没有变色或腐蚀现象。
结束语：
根据水清洗工艺试验后的光学检查结果及残留离子含量测试结果，得出以下结论：⑴清洗剂a或清洗剂b能较好地适用于焊锡丝S-Sn63PbA、焊膏ALPHAOL107E和焊条ZHLSn63PbA的焊后清洗；⑵清洗剂体积分数为15%，清洗液温度设定为45～55℃，清洗时间设定为6～10min，漂洗次数设定为5～7次时可把助焊剂残留物清洗干净，达到国军标要求。
参考文献：
[1]吴民,孙海林,陈兴桥.印制板半水清洗技术研究.电子工艺技术,2010,31（04）：209-211.
[2]陈正浩.印制电路板组装件绿色清洗技术.电子工艺术,2011,28(6):367-369.
论文作者:陈祥,阮洋
论文发表刊物:《防护工程》2019年9期
论文发表时间:2019/8/8
标签：清洗剂论文; 样件论文; 离子论文; 含量论文; 温度论文; 水清论文; 体积论文; 《防护工程》2019年9期论文;