免清洗技术

免清洗技术1．免清洗的概念⑴什么是免清洗免清洗是指在电子装联生产中采用低固态含量、无腐蚀性的助焊剂，在惰性气体环境下焊接，焊后电路板上的残留物极微、无腐蚀，且具有极高的表面绝缘电阻（SIR），一般情况下不需要清洗既能达到离子洁净度的标准（美军标MIL-P-228809离子污染等级划分为：一级≤1.5ugNaCl/cm2无污染；二级≤1.5～5.0ugNACl/cm2质量高；三级≤5.0～10.0ugNaCl/cm2符合要求；四级10.0ugNaCl/cm2不干净），可直接进入下道工序的工艺技术。必须指出的是“免清洗”与“不清洗”是绝对不同的2个概念，所谓“不清洗”是指在电子装联生产中采用传统的松香助焊剂（RMA）或有机酸助焊剂，焊接后虽然板面留有一定的残留物，但不用清洗也能满足某些产品的质量要求，如家用电子产品、专业声视设备、低成本办公设备等产品，它们生产时通常是“不清洗”的，但绝对不是“免清洗”。⑵免清洗的优越性①提高经济效益：实现免清洗后，最直接的就是不必进行清洗工作，因此可以大量节约清洗人工、设备、场地、材料（水、溶剂）和能源的消耗，同时由于工艺流程的缩短，节约了工时提高了生产效率。②提高产品质量：由于免清洗技术的实施，要求严格控制材料的质量，如助焊剂的腐蚀性能（不允许含有卤化物）、元器件和印制电路板的可焊性等；在装联过程中，需要采用一些先进的工艺手段，如喷雾法涂敷助焊剂、在惰性气体保护下焊接等。实施免清洗工艺，可避免清洗应力对焊接组件的损伤，因此免清洗对提高产品质量是极为有利的。③有利于环境保护：采用免清洗技术后，可停止使用ODS物质，也大幅度地减少了挥发性有机物（VOC）的使用，从而对保护臭氧层具有积极作用。2．免清洗材料的要求⑴免清洗助焊剂要使焊接后的PCB板面不用清洗就能达到规定的质量水平，助焊剂的选择是一个关键，通常对免清洗助焊剂有下列要求：①低固态含量：2%以下传统的助焊剂有较高的固态含量（20～40%）、中等的固态含量（10～15%）和较低的固态含量（5～10%），用这些助焊剂焊接后的PCB板面留有或多或少的残留物，而免清洗助焊剂的固态含量要求低于2%，而且不能含有松香，因此焊后板面基本无残留物。②无腐蚀性：不含卤素、表面绝缘电阻1.0×1011Ω传统的助焊剂因为有较高的固态含量，焊接后可将部分有害物质“包裹起来”，隔绝与空气的接触，形成绝缘保护层。而免清洗助焊剂，由于极低的固态含量不能形成绝缘保护层，若有少量的有害成分残留在板面上，就会导致腐蚀和漏电等严重不良后果。因此，免清洗助焊剂中不允许含有卤素成分。对助焊剂的腐蚀性通常采用下列几种方法进行测试：a．铜镜腐蚀测试：测试助焊剂（焊膏）的短期腐蚀性b．铬酸银试纸测试：测试焊剂中卤化物的含量c．表面绝缘电阻测试：测试焊后PCB的表面绝缘电阻，以确定焊剂（焊膏）的长期电学性能的可靠性d．腐蚀性测试：测试焊后在PCB表面残留物的腐蚀性e．测试焊后PCB表面导体间距减小的程度③可焊性：扩展率≥80%可焊性与腐蚀性是相互矛盾的一对指标，为了使助焊剂具有一定的消除氧化物的能力，并且在预热和焊接的整个过程中均能保持一定程度的活性，就必须包含某种酸。在免清洗助焊剂中用得最多的是非水溶性醋酸系列，配方中可能还有胺、氨和合成树脂，不同的配方会影响其活性和可靠性。不同的企业有不同的要求和内部控制指标，但必须符合焊接质量高和无腐蚀性的使用要求。助焊剂的活性通常是用pH值来衡量的，免清洗助焊剂的pH值应控制在产品规定的技术条件范围内（各生产厂家的pH值略有不同）。④符合环保要求：无毒，无强烈刺激性气味，基本不污染环境，操作安全。⑵免清洗印制电路板和元器件在实施免清洗焊接工艺中，制电路板及元器件的可焊性和清洁度是需要重点控制的方面。为确保可焊性，在要求供应商保证可焊性的前提下，生产厂应将其存放在恒温干燥的环境中，并严格控制在有效的储存时间内使用。为确保清洁度，生产过程中要严格地控制环境和操作规范，避免人为的污染，如手迹、汗迹、油脂、灰尘等。3．免清洗焊接工艺在采用免清洗助焊剂后，虽然焊接工艺过程不变，但实施的方法和有关的工艺参数必须适应免清洗技术的特定要求，主要内容如下：⑴助焊剂的涂敷为了获得良好的免清洗效果，助焊剂涂敷过程必须严格控制2个参数，即助焊剂的固态含量和涂敷量。通常，助焊剂的涂敷方式有发泡法、波峰法和喷雾法3种。在免清洗工艺中，不宜采用发泡法和波峰法，其原因是多方面的，第一，发泡法和波峰法的助焊剂是放置在敞开的容器内，由于免清洗助焊剂的溶剂含量很高，特别容易挥发，从而导致固态含量的升高，因此，在生产过程中用比重法来控制助焊剂的成分保持不变是有困难的，且溶剂的大量挥发也造成了污染和浪费；第二，由于免清洗助焊剂的固体含量极低，不利于发泡；第三，涂敷时不能控制助焊剂的涂敷量，涂敷也不均匀，往往有过量的助焊剂残留在板的边缘。因此，采用这2种方式不能得到理想的免清洗效果。喷雾法是最新的一种焊剂涂敷方式，最适用于免清洗助焊剂的涂敷。因为助焊剂被放置在一个密封的加压容器内，通过喷口喷射出雾状助焊剂涂敷在PCB的表面，喷射器的喷射量、雾化程度和喷射宽度均可调节，所以能够精确地控制涂敷的焊剂量。由于涂敷的焊剂是雾状薄层，因此板面的焊剂非常均匀，可确保焊接后的板面符合免清洗要求。同时，由于助焊剂完全密封在容器内，不必考虑溶剂的挥发和吸收大气中的水分，这样可保持焊剂比重（或有效成分）不变，一次加入至用完之前无需更换，较发泡法和波峰法可减少焊剂用量60%以上。因此，喷雾涂敷方式是免清洗工艺中首选的一种涂敷工艺。在采用喷雾涂敷工艺时必须注意一点，由于助焊剂中含有较多的易燃性溶剂，喷雾时散发的溶剂蒸气存在一定的爆燃危险性，因此设备需要具有良好的排风设施和必要的灭火器具。⑵预热涂敷助焊剂后，焊接件进入预热工序，通过预热挥发掉助焊剂中的溶剂部分，增强助焊剂的活性。在采用免清洗助焊剂后，预热温度应控制在什么范围最为适当呢？实践证明，采用免清洗助焊剂后，若仍按传统的预热温度（90±10℃）来控制，则有可能产生不良的后果。其主要原因是：免清洗助焊剂是一种低固态含量、无卤素的助焊剂，其活性一般较弱，而且它的活性剂在低温下几乎不能起到消除金属氧化物的作用，随着预热温度的升高，助焊剂逐渐开始激活，当温度达到100℃时活性物质才被释放出来与金属氧化物迅速反映。另外，免清洗助焊剂的溶剂含量相当高（约97%），若预热温度不足，溶剂就不能充分挥发，当焊件进入锡槽后，由于溶剂的急剧挥发，会使得熔融焊料飞溅而形成焊料球或焊接点实际温度下降而产生不良焊点。因此，免清洗工艺中控制好预热温度是又一重要的环节，通常要求控制在传统要求的上限（100℃）或更高（按供应商指导温度曲线）且应有足够的预热时间供溶剂充分挥发。⑶焊接由于严格限制了助焊剂的固态含量和腐蚀性，其助焊性能必然受到限制。要获得良好的焊接质量，还必须对焊接设备提出新的要求——具有惰性气体保护功能。除了采取上述措施外，免清洗工艺还要求更严格地控制焊接过程的各项工艺参数，主要包括焊接温度、焊接时间、PCB压锡深度和PCB传送角度等。应根据使用不同类型的免清洗助焊剂，调整好波峰焊设备的各项工艺参数，才能获得满意的免清洗焊接效果。