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污染物残留对PCB点焊的影响及清洁工艺的讨论

随着电子工业的发展和对电子性能的要求不断提高,电子元件正以小型化,更精细的间距和更高的完整性发展。随着相邻导体之间的间距变小,就对PCB可靠性的影响而言,印刷电路板(PCB)上的残留物和其他污染物的问题正日益突出。尽管传统表面贴装技术(SMT)很好地利用了低残留和免清洗的焊接工艺,在具有高可靠性的产品中,产品的结构致密化和部件的小型化装配使得越来越难以达到合适的清洁等级,同时由于清洁问题导致的产品故障增加。本文将简要讨论污染物残留物对PCB点焊的影响以及有关清洁的一些问题。

•污染物残留对PCB点焊的影响

PCB清洗|  手推车

a。电化学迁移

电化学迁移是ECM的缩写,是指通过某些介质(例如,在电磁场影响下残留的通量)进行的离子迁移。对于PCB产品,随着环境湿度的变化,助焊剂残留物中的一些离子污染物(例如活性剂和盐)将变成电解质,从而导致点焊的特性发生变化。当这些PCB工作时,在应力电压的条件下,点焊之间可能会发生短路,从而导致间歇性故障,从而降低了PCB的可靠性。该过程包括三个步骤:路径形成,初始化和生成晶状体。路径的形成始于金属离子在电解质中的溶解,电解质是一种弱酸,是由助焊剂中的氯和溴残留物与空气中的水共同形成的。当金属溶解在弱酸中时,会产生金属丝。

 

因此,必须采用包括离子余量,电压偏差和湿度的元素来实现电化学有效性的机制。此外,电化学有效性还受温度,湿度,供应,导体材料,导体间距,污染物类型和数量的影响。为了实现电化学有效性的机制,必须要求电压偏差和湿度。此外,电化学有效性还受温度,湿度,供应,导体材料,导体间距,污染物类型和数量的影响。为了实现电化学有效性的机制,必须要求电压偏差和湿度。此外,电化学有效性还受温度,湿度,供应,导体材料,导体间距,污染物类型和数量的影响。

b。蠕变腐蚀

蠕变腐蚀是指在PCB的表面上生成铜或银的硫化物晶体的现象。与电化学迁移不同,环境中仅存在污染源和湿气就能导致蠕变腐蚀,而无需电压差。当空气中的硫与PCB上的铜或银结合时,会生成硫化铜或硫化银。这些化合物,例如硫化铜和硫化银,将朝任何方向生长,使细的引线开路或间隔引线之间的短路,最终将导致PCB的劣质。随着PCB尺寸的减小和组件的小型化,这种腐蚀的风险肯定会提高。蠕变腐蚀主要发生在工业控制电子和航空航天领域,因为它们周围的空气中存在更多的污染气体。另一个原因是在以前的PCB的表面上采用HASL实施,其外部铜箔由锡铅保护。然而,随着无铅工艺的发展,铜或银的材料被用于PCB的制造,焊接和电镀。

一旦在焊接过程中润湿不达标,某些铜或银将暴露在空气中,并且当环境由于潮湿的影响而变坏时,蠕变腐蚀的风险将大大增加。另一个原因是在以前的PCB的表面上采用HASL实施,其外部铜箔由锡铅保护。然而,随着无铅工艺的发展,铜或银的材料被用于PCB的制造,焊接和电镀。一旦在焊接过程中润湿不达标,某些铜或银将暴露在空气中,并且当环境由于潮湿的影响而变坏时,蠕变腐蚀的风险将大大增加。另一个原因是在以前的PCB的表面上采用HASL实施,其外部铜箔由锡铅保护。然而,随着无铅工艺的发展,铜或银的材料被用于PCB的制造,焊接和电镀。一旦在焊接过程中润湿不达标,某些铜或银将暴露在空气中,并且当环境由于潮湿的影响而变坏时,蠕变腐蚀的风险将大大增加。

C。锡晶须

锡晶须是专业人士最关心的问题。通过大量基于锡晶须产生的化学和物理参数的研究,专家表明,锡合金会在高温高湿的作用下与其他金属一起扩散,这将有助于形成金属间化合物(IMC) 。在这种情况下,随着锡层中电压应力的快速增加,锡离子沿晶体边界扩散,形成锡晶须,这将增加发生短路的风险。因此,在回流过程中,当锡合金变成固态时,从锡膏流出的助熔剂中的一些卤化物和溴化物起离子污染物的作用,导致大量锡晶须产生。此外,锡晶须往往会受到离子污染水平的影响,

•有关清洁的一些问题

a。污染物

焊接后需要清洁的物体主要是残留在PCB上的残留物。根据化学性质,剩余物可分为三类:水溶性极性残基,水不溶性非极性残基和不能改变成离子有机化合物的水溶性但非极性残基。这些污染物被认为是导致PCB性能改变甚至失效的主要原因。因此,非常有必要彻底清除残留物。此外,PCB正在向高密度和精细间距发展,PCB清洁变得尤为重要。

b。通量

助焊剂残留物在PCB制造中占最大部分,这就是为什么在考虑使用一种清洁工具时必须首先考虑助焊剂残留的原因。根据化学性质,J-STD-004可将助焊剂分为四类:松香,树脂,有机和无机,然后根据助焊剂/助焊剂残留活性水平和卤化物的重量将助焊剂分类。这也从侧面证明了世界上所有助焊剂都具有消除氧化物的能力,从而增强了焊料的浸润能力。在PCB制造过程中,助焊剂用于波峰焊,回流焊和手动焊接,最好只选择一种助焊剂。对于整个PCB的清洁,这只是消除一种助焊剂的过程。如果拾取了多种类型的助焊剂,

C。清洁工艺

PCB清洗中通常使用三种类型的清洗工艺:溶剂清洗,半水清洗和水清洗。溶剂清洗是指使用溶剂型介质清洗PCB的过程。在此过程中,干燥是在独立的设备中进行的。半水清洗是指用溶剂清洗PCB并用水清洗掉PCB上的有机溶剂,以消除PCB上的助焊剂和其他污染物的过程。水清洗是指仅用水清洗PCB的过程。根据设备和产品的特性,应选择合适的清洁工艺,以大大提高PCB的可靠性。

d。清洁溶剂

根据助焊剂的类型,应选择与残留助焊剂兼容的清洗溶剂。有不同类型的清洗溶剂和清洗溶剂成分。根据日本工业清洁委员会(JICC)的规定,清洁剂以漂洗过程为标准进行分类。因此,清洗溶剂分为两类:水溶性清洗剂和非水溶性清洗剂。漂洗过程中使用的用水清洗溶剂称为水溶性,不使用水的清洗溶剂称为非水溶性。

e。清洁设备和清洁方法

当今的清洁设备主要分为间歇式和蜂窝式,清洁方法包括超声波,喷雾,浸入,喷射,气泡等。常规清洁方法是通过喷雾或气相进行的,还有一些机械清洁方法,例如搅拌,轮换等

F。清洁标准

不同的清洁对象具有不同的清洁标准。因此,由于不同的产品具有不同的使用环境,使用寿命和不同的技术参数,因此合适的清洁标准必须与相关行业和产品特性兼容是合理的。根据IPC标准,通常最高的清洁等级为:
离子污染物<1.56μgNaCl/ cm 2
或助焊剂残留<40μg/ cm 2 ; 
或绝缘电阻> 2×10 2 Ω

污染物残留对PCB点焊的影响及清洁工艺的讨论

总而言之,只要充分了解PCB的点焊失效机理,了解残余物的不良影响,并根据清洁工艺设计选择合适的清洁溶剂和方法,就会大大降低物理和化学失效的风险,从而PCB的可靠性将得到提高。

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