涂覆前如何选择清洗工艺？

WaterOff

2022-08-08 11:39:27

为了确保电子元器件在极端天气条件下也能够长时间正常工作，行业内通常对可靠性要求较高的产品进行涂覆处理。但是偶然由于线路板外观存在污染物残留，会导致涂覆失效，因此必要在涂覆及封装之前，引入一道清洗工艺。

敷形涂覆（Conformal coating）

敷型涂覆是涂覆在电路板外观的薄薄的一层合成树脂或聚合物，它是目前最常用的焊后外观涂覆方式，偶然又称为外观涂覆。它将敏感的电子元器件与恶劣的环境隔脱离来，可大大改善电子产品的安全性和可靠性并延伸产品的使用寿命。敷形涂覆可珍爱电路/元器件免受诸如潮湿、污染物、腐蚀、应力、冲击、机械震荡与热循环等环境因素的影响，同时还可改善产品的机械强度及绝缘特征。

在涂覆之前舛错元件外观进行清洗有哪些危害？

涂覆层下的由焊接产生的树脂或松香、助焊剂活性剂、溶剂和触变剂等污染物，这些残留绝大多数都是有吸湿性的，会引起涂覆层下的电化学迁移、腐蚀和短路，给产品可靠性带来极大的威胁，不过也不排除在制造过程中产生的其他污染物，例如手指印、灰尘、油脂、盐类等。即使没有湿度的影响，仅仅环境的转变，日夜交替，树脂/松香层脱落和活性剂也会影响PCBA板组件的可靠性。甚至在没有任何的环境转变的情况下，树脂/松香的介电性也会干扰传输，导致高频传输中的旌旗灯号传输失效。

污染物

从左到右：助焊剂未消灭，助焊剂被部分消灭，绝大部分助焊剂被消灭，助焊剂完全被消灭

树脂/松香残留物

高频传输中的旌旗灯号传输失效（比特失效）

涂覆层脱落涂覆层下的电化学迁移

在高低温循环测试中发现，因为涂覆材料与树脂发生反应造成的涂覆层开裂

未清洗的基材污染物会降低涂覆材料在PCB上的粘结力，而导致脱落征象的发生

表F1: 可能的残留物及其影响：

使用涂敷工艺是为了进步产品的环境可靠性。但是因为涂覆材料的透湿性，仅仅使用涂覆并不足以达到进步可靠性的目的（甚至比只清洗不做涂覆更差）。相较于未经过清洗处理的生产工艺来说，在涂覆前引入一道具有针对性的清洗工艺不仅能够进一步确保涂覆的粘合度及封装的可靠性，而且能够极大程度地减低生产成本。

实验证实，在涂覆之前对元件外观进行清洗工艺后，将原来必要100µm厚度的珍爱性涂敷层，削减到50µm，也仍然可以使涂覆层达到雷同甚至更高的可靠性。因为有用地削减了50%的材料成本，而且降低了工艺成本以及与VOC相干的污染物处理成本，最终团体成本反而降低了。

我们如何选择清洗工艺？

曩昔几年中，人们对电子组装件的清洗需求一向在稳步增加。一方面，免清洗处理工艺在数十年的实践中日益暴露出了一些弊端，尤其是在涂层组装件上。另一方面，因为那些性能高、可控性强、安全性好的的组装件的使用量在增长，用户对高压组件的强度和抗衰能力也提出了更加严酷的要求。因此在涂覆之前对组装件进行清洗是特别很是紧张的一个流程。那么我们如何来选择精确的清洗工艺呢？

在电子制造和半导体加工行业，选择精确的清洗剂搭配恰当的清洗设备特别很是紧张。在选择清洗工艺时，以下内容值得大家详细：

清洗对象

材料性能：

在许多情况下客户的产品不能进水，因此不适合用浸没式清洗工艺！另外有一些元器件由敏感金属构成，特别很是脆弱，不能使用超声波进行清洗，不然那些泡泡爆炸的时候会震碎元器件。还有一些元器件必须用pH中性清洗液来进行温柔处理！

外观状态：

通常来说线路板外观都有特别很是复杂的几何结构，而且集成密度还特别很是高，假如器件与基板之间的距离特别很是小的话（01005,0201），我们就称这个为低引脚间距器件，这时候去离子水的水滴就无法钻入微小的间隙，根本无力去除器件底部的污染物，这时候就必要化学清洗剂来协助。

清洗设备

在选择清洗设备时，必要考虑元器件的特征和产量的要求，市面上比较常见的设备有喷淋设备、超声波设备、喷流设备和鼓泡设备。

清洗剂

选择精确的清洗剂特别很是紧张，针对不同的污染物必要找到相对应的清洗产品，否则就洗不干净！另外必要考虑清洗剂与清洗对象之间、清洗剂与清洗设备之间的材料兼容性，假如不稳重的话有可能会洗坏产品，还会造成设备管路堵塞！另外清洗剂的环保性和健康性也很紧张，有些化学品会对操作人员的呼吸体系和生殖体系造成毁灭性的袭击！

清洗剂一样平常可分为有机溶剂型、碱性外观活性剂型和水基型无碱微相清洗型（MPC）。

有机溶剂的上风在于其清洗结果佳、处理能力强。但是其可挥发性有机物含量（VOC）较高，且易燃易爆，所以只能用于防爆清洗设备。相比之下，水溶性清洗剂经济、绿色、安全性好，所以更胜一筹。

通常使用的外观活性剂无闪点、低VOC含量。但其劣势在于外观活性剂和污染物的永世结合以及活性剂会发生损耗。为了避免这些，要么在清洗槽中赓续加入清洗剂，要么将清洗漕彻底替换。而这又意味着成本增长、人力投入增大，还要对使用过的清洁剂进行适当处理。而即使处理了这些题目，因为活性剂仍留在下层外观，后期涂覆处理中依然会碰到麻烦。

MPC技术的独特之处，在于其结合了传统溶剂型和外观活性剂型清洗液的好处，同时放弃了它们的瑕玷。MPC®清洗剂由水和超强活性成分组成，在加热（和）或搅拌的条件下，形成单相混合，呈现现乳液状。它能够去除电子制造过程中外观产生的各种有机和无机残留物。清洗剂将污染物从清洗对象外观剥离，再移至四周水相环境中，最终由污染物过滤去除。这些污染物颗粒不会消融，能在微相边缘保持稳固，又能很容易从清洗液中滤除。MPC清洗剂的特征使其不仅比溶剂和外观活性剂去除污染物更高效，而且无损耗，有自我再生性。这就意味着其有较长的使用寿命，而寿命的长短也仅仅受过滤能力影响。

表F2：不同清洗体系对比：

传统外观活性清洗剂（下方）与MPC清洗剂（上方）寿命对比

较长使用周期带来如下上风：

一套完备的清洗工艺通常包括 清洗、漂洗和烘干 这三道工序，在清洗过程中，清洗剂和污染物相互接触，清洗剂将污染物从清洗对象的外观星散出来；漂洗和烘干过程重要是进一步去除污染物，还要确保元器件外观不存在清洗剂的残留。

接下来我们将给大家介绍不同的清洗工艺：

静态清洗力和动态清洗

清洗工艺即结合清洗剂的静态清洗力和清洗设备的动态清洗力，最终将污染物去除的过程。

听起来分外复杂？那我们打个比方，就彷佛古时候老太太用皂角洗衣服，皂角的去污能力就是静态清洗力，用木棒敲敲打打然后还搓来搓去就是动态清洗力...

手工清洗

手工清洗最原始也最简单，重要的上风是成本低廉，不必要额外的设备投资，假如只是必要对小批量的线路板或者是钢网进行清洗，那么选择手工清洗就充足了。

手工清洗也存在着一些劣势，第一个劣势是很难保证稳固的清洗效果，不同的操作人员洗出来的东西有可能会不一样…即使是统一位操作人员在一年当中也难免有几天心情不好不乐意好好上班。

另外就是市场上仍然有人采用工业酒精、IPA等化学品进行手工清洗，这些化学品对操作人员的健康和人生安全存在威胁。

喷淋清洗

第二种清洗工艺叫做喷淋清洗，行业内偶然候会亲切地称它为“洗碗机”工艺，由于它的工作原理和洗碗机真是高度相似，大家可以想象一下在一个高速旋转的喷淋臂上安装了密密麻麻的喷嘴，然后这些喷嘴都发射出高压的清洗液。

在选择喷淋清洗工艺时，必要了解喷嘴的特性及排布方式，市面上比较常见的喷嘴类型有扇形喷嘴、舌型喷嘴和全区域喷嘴，因为喷射出的清洗液外形不同，因此清洗结果也各不一样，必要根据产品的特点进行合理选择，另外吸嘴的排布会影响到清洗的覆盖区域，假如喷嘴离清洗对象太远，则喷不到，无法完成清洗目标，离得太近，也有可能会形成清洗死角。

超声波清洗

超声波清洗是一种浸没式清洗工艺，超声波是一种超出我们人类听觉范围20kHz以上的声波，强超声波在液体中传播时，因为非线性作用,会产生声空化。在空化气泡忽然闭应时发出的冲击波可在其四周产生上千个大气压力，对污染物产生直接反复冲击，一方面破坏污染物与清洗对象外观的吸附，另一方面也会引起污染物的破坏而离开清洗对象外观并使它们分散到清洗液中。体现情势是清洗液中的密集分布的气泡。

这里必要分外提出的是，超声波的频率越低，物理激励的强度越大，气泡越大，气泡爆炸的强度也大，而超声波的频率越高，空化产生的气泡越小，分布越密集。根据IPC标准，我们建议使用40kHz的频率进行清洗。

喷流/鼓泡清洗

喷流及鼓泡清洗工艺有些类似，两种都属于浸没式清洗工艺，一种是在装满液体的腔体中喷入液体，另外一种是在腔体中喷气形成气泡，这两种工艺的工艺强度不高，比较温柔，因此常常用于漂洗工艺，另外因为工艺的施加方向比较单一，因此偶然候会存在清洗的死角。

偶然可以考虑将喷液的喷嘴和喷气的喷嘴混合安装，也是一种很好的物理激励方式。

洁净度必要知足的相干标准

传统上来说，清洗过程的效果要依照IPC-A-610D 标准进行目测检验，因此在生产区域必要安装一台能放大10倍的光学设备。但是因为清洗工艺的不同，脱模剂、油脂或助焊剂层可能会留下很多又薄又看不见的残膜。甚至在极端情况下，不恰当的清洗工艺自己也会在组装件上留下肉眼看不到的吸附膜。这些残留物会阻碍涂覆进程，降低珍爱性涂层和封装化合物的粘着力。

为了确保在敷型涂覆或封装之前清洗工艺的质量，我们必要给洁净度标准作出明确规定。该洁净度标准不仅吻合DIN ISO 9001:2000规定的质量管理及流程化的相干要求，而且随着工艺的稳固性和质量可靠性愈加展现，还能高效优化清洗生产成本。

敷型涂覆之前，元器件外观洁净度阀值

一样平常来说，涂覆过程中元器件外观最低洁净度标准由J-STD-001D确定（行业最紧张的组装件洁净度判断标准）。为了知足该标准的相干要求，必须完成以下检测：

使用放大倍数20-40的显微镜进行光学检测
(按照IPC-A-610D的相干标准进行)
树脂洁净度检测（三级元器件< 40 µg/cm² ）
离子污染物测试 (1.56 µg(NaCl)/cm²）
其他有机污染检测
极端天气条件测试之中及之后的外观绝缘阻抗力测试

离子污染物测试及其分析

当前市面上流行的离子污染度测试仪经常用对应的氯化钠当量（VNaCl）来指示离子污染程度，并基于此判断元器件在终端条件下对抗极端天气的可靠性。该测试多是按照 IPC-650的测试标准，使用50%或75%的异丙醇水溶液完成。

当评估组装件外观的洁净度时，一样平常不会考虑那些贴装在线路板上元器件的几何外形和外观状态。离子导电性经过测试后，其数值仅仅具有参考作用。为了确定统计数据，建议对同类组装件进行3到5次的测量并取平均值。离子污染度测试通常依照J-STD-001C实行。

还必要详细的是，离子导电性作为一个需要的变量，不能完全代表回流过程的典型情况。而典型情况下，局部污染是十分普遍的。因为涂覆之前对洁净度有相干要求，那么低离子导电性就是一个不可或缺的前提。而常常发生的是吸湿性污染物不到几年就会因导致涂覆层剥离而使涂覆失效。另外，J-STD-001C标准还要求组装件外观不存在有机化合物污染。

紧张污染物的辨别

尤其是在免清洗助焊剂生产过程中，会经常在线路板外观形成超薄的不可见薄膜。无法用目检进行有用判断，即使用测量离子残留污染物的方法监测（氯化钠当量指示法），效果也不正确，另外，无法经济节约地使用扫描电镜或者HPLC得到。但是，一种简单快速的显色检测法（ZESTRON Resin-Test）可以通过颜色反应监测用于激活助焊剂的选择性有机酸。这种方法不仅能监测助焊剂中活化剂残渣，还能表现出残渣分布情况。该测试与有机酸反应尤为显明，如：助焊剂中活化剂残渣。借助如蒸发测试等本来不在流水线上的工序，纯树脂残渣也能被监测到。