PCBA电路板水洗和免洗制程的差异及助焊剂种类有哪些?

2022-03-15 | 来源:?新葡萄京娱乐场8455

电路板组装焊接,最开始的制程是需要水洗的,也就是板子过完“波峰焊(Wave soldering)”或是表面贴焊“(Surface Mount)”后,最终要使用清洁剂或纯水来清洗掉板子上的污染物,后来随着电子零件的设计越来越多样,也越来越小,水洗制成渐渐的出现了一些问题,还有就是因为PCBA的清洗制程实在太麻烦了,后来才演化出了免洗制程。

新闻中心封面图5.jpg

电路板组装(PCBA)后清洗板子的主要目的在去除PCB表面上残留之助焊剂

SMT制程来说,“水洗制程”与“免洗制程”的最大差异在锡膏中助焊剂的成分不同,波焊制程就纯粹是炉前助焊剂的成分。

这是因为助焊剂(flux)的主要目的在去除被焊接物的表面张力及氧化物以取得洁净的焊接表面,而去除氧化的最佳良药当属“酸”及“盐”这类化学药剂,但是“酸”及“盐”具有腐蚀性,如果残留在PCB表面,会随着时间而腐蚀铜面,造成严重质量不良。

其实,既使是使用免洗制程生产出来的板子,如果助焊剂的配方不当(通常是用到一些来路不明的锡膏,或是有特别强调吃锡效果或可以去氧化物的锡膏时。

因为这些锡膏的助焊剂通常会添加弱酸)或是助焊剂残留过多,时间久了锡膏与空气中的湿气与污染物质混合后也可能对电路板的铜面造成腐蚀现象。当板子有被腐蚀风险时,清洗还是必要的。所以,并不是说“免洗制程”的板子就一定不需要清洗,当然能不水洗就不要水洗,毕竟水洗很麻烦。

另外,有些特殊目的情况下也会要求将免洗制程的板子拿去水洗,比如说

  • 单卖PCBA给终端客户者,希望板子的表面干净,给客户良好的外观印象。

  • PCBA的后续制程中需要增加电路板表面附着度者。比如说三防胶(Conformalcoating)涂布需要通过百格测试需求者。

  • 或是为了避免锡膏残留物产生不必要的化学反应者,比如说灌胶(Potting)制程。

  • 免洗制程残留的助焊剂在潮湿环境下会产生微导通(阻抗降低),尤其是细间脚(fine-pitch)零件,比如说0201尺寸以下的被动组件底部,特别是小间距的BGA封装。

  • 因为焊点设置在零件底部,容易残留过多的助焊剂,且湿气也容易在使用时温不用时冷却后附着在其下方,久而久之形成微导通,造成漏电流(leakage current)或增加保持电流(retention current)耗电。

所以,板子需不需要水洗,得视个别需求而定,重要的是要去了解为何要水洗?水洗的目的是什么?

PCBA助焊剂的种类

既然谈到PCBA“水洗制程”与“免洗制程”的最大差异在助焊剂,而且水洗的最大目的在“去除助焊剂的残留”以及其他污染,那我们就得了解一下助焊剂有哪些种类。

助焊剂基本上分成下列几大类:

1.无机系列助焊剂

早期的助焊剂中会添加无机酸及无机盐等物质(比如说盐酸、氢氟酸、氯化锌、氯化铵),称之为“无机助焊剂”,因为无机酸及无机盐类为中强酸,所以具有非常良好的清洁效果,可以获得良好的焊锡效果,助焊性优。

但缺点是腐蚀性也很强,被焊接物比虚有较厚的镀层或厚度才能承受强酸的清洗,所以使用这类“无机助焊剂”后必须马上进行严格的清洗,以避免其继续腐蚀电路板的铜箔,实用性大受限制。

2.有机系列助焊剂

所以就有人将酸性较弱的有机酸(比如说乳酸、柠檬酸)添加在助焊剂中来取代强酸,称之为“有机助焊剂”,其清洁程度虽然没有强酸来得好,不过只要被焊物的表面污染不算太严重,它还是可以起到一定程度的清洁效果。

重要的是它焊接后的残留物可以在被焊物上保留一段时间而无严重腐蚀,但弱酸也是酸,所以在焊接后还是得水洗,以免日久造成线路腐蚀等不良。

3.树脂、松香系列助焊剂

因为水洗制程实在是太麻烦了,而且也不是所有的电子零件都可以进行水洗,比如蜂鸣器(buzzer)、钮扣电池(coin battery)、弹簧顶针连接器(pogo pin)就不建议进行水洗。

后来有人将松香加入到了助焊剂中取代原本的酸性清洁剂,也可以起到一定程度清除氧化物的功效,但是松香为单体时,化学活性较弱,对促进焊料的润湿往往不够充分,因此实用上需要添加少量的活性剂,以提高它的活性。

松香还有一个特性,就是松香在固态时呈非活性,只有变成液态时才呈活性,其熔点约为127℃,而活性则可以持续到315℃的温度。

目前无铅锡焊的最佳温度为240~250℃,刚好处于松香的活性温度范围内,且它的焊接残留物不存在腐蚀问题,这些特性使松香为非腐蚀性焊剂而被广泛应用于电子设备的焊接中。

IPC-J-STD-004依据助焊剂成分定义了四大助焊剂:有机(OR)、无机(IN)、松香(RO)、树脂(RE)。

PCBA水洗制程的麻烦、缺点:

所谓“水洗”,就是使用液体溶剂或纯水来清洗板子,因为一般的酸性物质都可以溶解在水中,所以可以使用“水”来溶解清洗,所以称之为水洗,但是免洗助焊剂使用松香则无法溶解于“水”中,比需使用“有机溶剂”来清洗,但一样被称之为“水洗”,大部分的水洗制程都会使用“超音波”震荡来加强清洗效果及缩短时间,这些清洗剂在清洗的过程当中极有可能会渗透到一些有着细小孔隙的电子零件或电路板之中造成不良。

有的可能会因为液体渗入后无法干燥造成功能失效,比如说簧片开关、弹簧顶针连接器(pogo pin)。

或是清洗后反而把脏东西带到零件内部使之作动不顺或接触不良,比如说蜂鸣器、喇叭、微动开关…等零件。

有些可能因为无法承受震荡清洗而出现不良,比如说钮扣电池。

这些对水洗制程有疑虑的电子零件一般都必须安排在水洗之后才能进行焊接,以避免清洗时造成永久的损坏,这就增加了生产的制程环节,而且生产的制程越多道就越容易有良损,无形中对生产制程造成了浪费,而且水洗后的焊接通常是手焊,对焊接质量也较难管控。所以,还是那句话“能不水洗就不要水洗”。

补充说明:

锡膏及助焊剂有分成水洗与免洗,一般的水洗锡膏及助焊剂用的成分可以溶解于水中,而免洗制程的助焊剂则无法溶解在水中,只能用有机溶剂来清洗。所以,如果已经决定PCBA要清洗,建议前面就采用水洗的锡膏与助焊剂,这样才会有助将助焊剂清洗干净。

助焊剂(flux)的成分简介

助焊剂的内容基本包含下列四种主要成分:

树脂松香(Resin):40~50%。     

松香带有黏性,可以在被焊金属的表面形成保护层以隔绝空气,减少加热过程中与氧气的接触,降低氧化率。

活性剂(activator):2~5%。

主要作用起到清洁并去除金属表面的氧化层,并且降低焊锡的表面张力,帮助焊锡。

溶剂(solvent):30%。          

溶剂可以帮助溶解并混合助焊剂中的不同化学物质,并且让助焊剂可以均匀的混合于锡粉当中。溶剂具有挥发性,所以不建议让锡膏长期暴露于空气中,以避免溶剂挥发,锡膏变干,影响焊接。

触变剂(rheology modifier):5%。

用于调节锡膏的黏度达到膏状的目的,增强锡膏的可印刷性,让锡膏印刷于电路板后仍能保持原有的形状不至于坍塌。

XML 地图 | Sitemap 地图