合明科技解读印制板及组件IPC清洗指南

合明科技｜印制板及组件清洗指南(IPC-CH-65B CN)解读

摘 要：随着人们对电子产品的可靠性、功能性、安全性等提出更高的要求，印制作板及组件的清洗显得尤为重要。IPC-CH-65B作为全球电子印制板及组件清洗的指南，本文针对指南中的标准和术语、清洗设计、清洗材料兼容性指示、印制线路板上的污染物及清洗考虑要点进行了解读，希望以此能较快的了解该清洗指南并加以实际运用。
关键词：IPC-CH-65B CN、清洗、兼容性、残留物

IPC—国际电子工业联接协会是一家全球性非盈利电子行业协会，它们开发了电子行业的许多手册和指南，如印制板及组件清洗指南就是由IPC清洗与涂覆委员会（5-30）和清洗与替代分委员会（5-31）共同开发，应用于指导全球电子印制板及组件的清洗技术、清洗工艺设计、残留物危害性分析及清洗术语的定义等，为电子行业的清洗提供依据。因为全球电子印制板及组件的清洗并没有相应的标准和规范条款，所以在电子清洗领域基本是采用IPC-CH-65B这一指南。
1.IPC中标准、术语与定义
IPC-CH-65B作为电子行业清洗指南，它表述力求准确、专业、规范，因此引用许多的行业标准及联邦法规 、测试方法和工具。限于篇幅本文仅列举关注度较高的标准、手册等。
表1：IPC标准
IPC-B-24、25      表面绝缘阻抗测试板、多用途单面和双面机测试板
IPC-B-36、52      清洗选择测试板、标准测试板
IPC-A-600、610      印制板的可接受性、电子组件的可接受性
IPC-T-50      电子电路互连与封装术语及定义
IPC-TM-650      试验方法手册
IPC-TR-580      清洗及清洁度试验计划
IPC-TP-383      表面有机污染的类型、特征、去除、对绝缘电阻和敷形涂覆附着力的影响
IPC-PE-740      印制板制造及组装故障排除指南
表2：工业联合标准
J-STD-001      焊接的电气和电子组件要求
J-STD-002、003      元器件引线、端子、焊片、接线柱及导线的可焊性测试、印制板可焊性测试
J-STD-004、005      助焊剂要求、焊膏要求
J-STD-006      电子焊接领域电子级焊料合金及含有助焊剂与不含助焊剂的固体焊料的要求
同时IPC-CH-65B对清洗材料和溶剂清洗、半水基清洗、水基清洗工艺步骤及环境条件均有专门的定义，为电子清洗行业形成规范的术语体系意义重大。
2.IPC的清洗设计
由于低残留物（即免洗）的助焊剂/焊膏的出现，很多人认为印制板及组件等不再需要清洗。但随着电子元器件高集成化、高精密、高密度封装及底部填充剂材料的变化，为了保证终产品的高稳定性及可靠性就必须对电子元器件进行有效的清洗，因此IPC-CH-65B专门有关于清洗设计部分：
2.1对清洗对象的全面了解。印制板布局、孔深径比、组件几何形状、所采用的材料、焊接材料类型、组装方式等，另外需要对清洗对象上的污染物有必要的了解，根据污染物的类型（极性污染物、非极性污染物）来设计清洗剂能更。  
2.2对清洗剂主要有溶剂型、半水基型、环保水基型，根据环保指数、污染物类型、材料兼容性及制程适用性对清洗剂类型进行选择。为了清洗剂的设计更直观，IPC-CH-65B提供了基本的方案。
表3：电子组件清洗剂设计方案：
清洗剂类型      环保指数      去污染物类型      材料兼容性      制程适用性
溶剂型      低      去除非极性物强      中      模块擦洗、晶圆封装等
半水基型      中      去除极性/非极性物强      中      PCB去除助焊材料、先进封装、晶圆封装等
环保水基型      高      去除极性/非极性物强      高      PCB去除助焊剂、先进封装、晶圆封装等
2.3清洗设备的设计，根据生产效率要求和清洗对象的数量差别，有两种设备模型可选用批量式和在线式。两者有各自的特点，批量式清洗设备清洗量大、在同一节奏下有较高的清洗效率、受外界影响因素少；而在线式清洗设备，在线一次性完成清 洗、漂洗、烘干全部工序，适合中高产量清洗。
2.4在IPC-CH-65B指南中所述的清洗工艺主要有静态浸泡、超声、喷淋、离心等，工艺设计通常根据清洗力、对清洗件损伤性、清洗精细度要求，适用的清洗对象等考察相应的清洗工艺。
表4：清洗工艺方案
清洗工艺      清洗力      对清洗损伤性      清洗精细度      清洗对象
静态浸泡      弱      弱      粗略      低清洁度要求的PCB、治具
超声清洗      强      中（与频率有关）      高      精密PCBA、摄像头模组、LED功率模块、引线框架等
喷淋清洗      强      中（与压力有关）      中/高      精密PCBA、摄像头模组、LED功率模块等
离心清洗      中      弱      高      低托高的BGA、孔深径比大的PCB等
在设计清洗方案时还需要考虑到清洗剂对工艺的适用性，如部分水基清洗剂含有少量表面活性剂而多泡，则不适合喷淋清洗工艺；更多水基清洗剂是两相体系，易相分离所以不适合静态浸泡和长时间超声。所有涉及水基清洗剂的清洗工艺都需要在清洗后面增加适当次数的纯水漂洗及干燥工序，保证清洗对象的可靠性。
3.IPC材料兼容性提示
为确保印制电路板组件的可靠性，要求了解制造电子元器件和组件的原材料性能及特点，鉴别清洗工艺对外观质量甚至整个元器件结构潜在的负面影响。清洗工艺中关键性的材料兼容性注意事项有元器件、组装材料、清洗剂、清洗工艺中应用的冲击能量，预计的工艺时间、温度和设备设计。可能受清洗工艺严重影响的组件材料包括板敷铜层、表面镀层、塑胶件、元器件、标签、器件标识、合金金属、涂覆层、非密封元器件、粘合剂等。所以在清洗工艺设计阶段应对印制板组件物料与清洗工艺之间的兼容性进行测试。
3.1物料兼容性测试 兼容性测试通常是两个时间周期进行。短时间的测试取决于设备或操作人员的预期清洗周期，可通过升高清洗温度、加大机械力、延长工艺时间（合理的超出预期范围）等方式进行测试；长时间的测试应该由封装者或制造者决定，可通过长时间暴露测试或反复多次暴露等方式，以验证可能出现的膨胀、破裂、老化等不良现象的发生。
3.2不兼容表相：印制板组件物料与清洗工艺不兼容的表相有：尺寸变化、颜色变化或元器件表面变化、周围液体颜色改变或者浑浊等。
3.3兼容性测试方法
3.3.1 对于非金属物料和元器件的材料兼容性测试可参考Pratt Whitney 规范：PWA 36604非金属物料的兼容性，B版本，06-08-98修订。
3.3.2 对于金属合金物料的兼容性测试可参考ASTMF-483《全浸腐蚀标准测试方法》
3.3.3 IPC联合行业标准J-STD-001中对产品硬件的兼容性测试，从测试载体、测试试样、样本数量均有相应要求。
4.IPC印制线路板上的污染及影响
组件贴片和结构的高密度化、低间隙组件下面会伴有很多助焊剂残留及元器件的微型化组装，使得达到适当的清洁等级变得越来越困难。和污染有关的工艺过程和服务增大了元器件失效的潜在可能。腐蚀问题缩短了产品寿命，同时由于造成导线间离子迁移、元器件引脚间漏电流、电阻耦合和/或者电化学电池的形成等因素也造成了产品功能性下降。由此IPC就PCBA污染物类型及可能造成的危害进行了引导性概述。
表5：PCBA污染物分类
污染物分类      污染来源      造成的危害
极性污染物      PCB蚀刻和电镀残留盐类、焊接残留盐、助焊材料的活化剂及残留、助焊材料的（离子）表面活性剂等及残留、指印汗液盐及环境可溶性尘埃等      a.电迁移；
b.支晶生长；
c.造成PCB线路、元器件引脚腐蚀，电路失效。
非极性污染物      松香树脂、焊接油或油脂、金属氧化物、粘接剂残留、指纹油防护用品油或油脂等。      a.吸附灰尘、静电粒子；
b.引起导电不良；
c.影响测试及接插件的可靠性。
微粒状污染物      机械加工时的金属和塑料杂质、松香微粒和玻璃纤维、焊料槽浮渣、微小焊料球锡珠及灰尘等。      a.加剧污染危害。
5.组装残留物清洗的考虑要点
电子组装制程的范围从简单到复杂，所设计材料非常广泛，制程中的每个步骤所使用的每种材料都会对组件产生影响，大的影响是化学物质残留在组件表面。需要考虑的材料包括助焊剂、清洗溶剂、标签、粘合剂、掩蔽材料、元器件残留物、废气残留等。
5.1助焊剂的种类、形态及经过焊接高温后残留物的可变性，都不同程度的决定了残留物的清洗难度。每种助焊剂因其不同的化学组成，在焊接过程中可能发生高温氧化、聚合、分解及与金属盐的结合反应等，导致残留物可能发生固塑性等可变性，增加或改变残留物的可清洗性。
5.2 清洗剂效果 一种清洗剂的选择应基于清洗效率、材料兼容性、每块产出单板的化学成本以及对环境的影响。
5.3 元器件问题和残留物
5.3.1复杂的元器件几何形状、狭小的器件托高高度、非密封封装的元器件可能夹裹的清洗液和湿气，都有可能影响清洗过程和物料通过率。
5.3.2 元器件上的残留物可能以颗粒、油或者膜的形式在组装操作前被发现，这些残留物在焊接后可能会一直存在于清洗的或未清洗（免清洗）的组件中。
5.3.3 组装残留物清洗过程的敏感性应该考虑如：金属表面处理、低温塑料、擦拭布或者其他暴露的电器插头及其他材料，能依赖于清洗剂膨胀。如某些特定的元器件，不是为可生产性设计的，不具备可清洗性时，清洗选择会受到限制。
5.4其他要点
组装残留物的清洗还应考虑除去助焊剂、清洗剂、及元器件之外的其他要点，如：人工手工作业引入的污染物、可去除的不干胶标签、元器件包装（如以编带卷轴、托盘或者管装形式）、暂时性阻焊材料、润滑油和油脂、粘合剂、工作场所和周围储存条件。
结语
  随着电子行业的迅猛发展，生产商对电子产品中涉及的印制板及组件的可靠性、安全性提出了更高的清洁要求。而IPC-CH-65B作为全球电子行业清洗指南，在全球具有的专业指导性及有广泛应用基础，因此了解IPC-CH-65B的主要内容和条款并充分吸收和应用，对印制板及组件的清洗工艺设计、设备选择、材料兼容性的考察等都有很大的帮助。

以上一文，仅供参考！
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