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多層電路板

印制電路板的清洗技術

發布日期:2019-03-29 作者:admin 點擊:

印制電路板的清洗技術

1 印制電路板的制造工藝

印制電路板

1 .1 印制電路板的制造工藝 


印制電路板 ( PCB,Printed Circuit Board )是目前組裝板級電路普遍采用的形式,可以方便地把電子元器件集中安裝在電路板上,是電子工業最常應用的技術手段,隨著電子工業技術的飛速發展,目前電子元器件正不斷向著高度集成化、復合化、小型化方向發展,并形成了帶有插腳的插裝組件和表面貼裝組件兩大類。把各種插裝組件裝配到印制電路板上采用的是插裝技術,而把貼裝元器件組裝到印制電路板上采用的是表面貼裝技術。對于在印制電路板上既有插裝又有貼裝元器件的電子線路就要采用混裝技術制造。而電子元器件的焊接已很少再用手工焊接的方法,而是采用工藝先進、 效率高的波峰焊、回流焊等技術。 表面插裝工藝采用的波峰焊接過程是在一條流水式傳送帶生產線上進行的具體包括下面幾個步驟 :


1 .用手工方式( 手工插裝) 或機械方式 ( 插裝機) 將各種插裝組件插裝到印制電路板的正面,使插腳從印制線路板的背面露出來


2. 把助焊劑涂敷到印制電路板的背面,使用助焊劑的目的是為了提高可焊性,涂敷助焊劑的方法有發泡式和噴霧式兩種方式,在目前工廠使用的各類焊接機上都裝有發泡式或噴霧式涂敷助焊劑的裝置。發泡式裝置是通過孔徑細小的發泡注射管,將助焊劑以細密的泡沫形式涂抹到印刷線路板的背面,由于發泡涂敷裝置是開啟式的, 助焊劑中的溶劑極易揮發,所以助焊劑的濃度會很快發生變化,使用中需要經常添加稀釋劑來調整其濃度。而噴霧式涂敷助 焊劑的裝置是通過噴霧裝置將分散成霧狀的助焊劑送到印刷線路板的背面的, 其霧化程度、 噴霧寬度、噴霧量、預熱溫度等均可調節。采用噴霧涂敷工藝涂敷的助焊劑更均勻, 而且可以節約助焊劑,是今后涂敷助焊劑工藝的主流。


3.印制線路板通過熔化的焊錫液體完成波峰焊接。因為焊接過程是在印制電路板與連續循環的熔化的焊劑形成的一個駐波波峰接觸中發生的,所以把這種焊接方式稱為波峰焊。其中波峰狀流動焊料能夠形成兩個駐波波峰的焊接稱為雙波峰焊接 


4.進行檢驗修補工作:即對焊接的效果進行檢驗, 對漏焊、開焊的焊點進行補焊并剪去過長的插腳。而表面貼裝工藝 ( SMT)采用的回流焊接過程也是在一條流水式傳送帶生產線上進行的。電爐回流焊接是采用同時含有助焊劑和焊劑的焊膏進行焊接的。將蠟狀的焊膏印制在電路板的適當點位上,以便使安裝于該表面的引線接頭在焊劑點焊接就位。然后電路板通過電爐加熱,使電路板上的焊膏熔化( 稱為 “ 回流” ) 并完成焊接。電爐回流焊接法主要應用于表面安裝的元件。 ( 回流焊又稱再流焊) 。 焊接過程具體包括下面幾個步驟 :1.把用于焊接的焊膏印刷到印刷電路板上的焊點部位。適用于回流焊接使用的焊膏是一種由錫、鉛等金屬組成的顆粒均勻的球型粉末用黏結劑熔鑄而成的膏狀物質,在加熱條件下它可以使印刷電路版上的表面貼裝元器件通過焊接與電子電路形成互聯。


2.通過自動表面貼裝的機械裝置 ( 貼片機) 把各種貼裝元件組裝到印制電路版上,表面安裝元件與插裝元件不同之處在于它沒有插腳、 體積更小, 表面貼裝技術 ( SMT surface mount technolog/y)是將表面安裝元件平貼裝聯在印制電路板上的技術,隨著電子元器件不斷變小,這種技術目前巳被廣泛采用.


3 .通過傳送帶生產線把完成表面貼裝的印制電路板送到帶有紅外線加熱裝置 ( 或熱風) 的多溫區加熱爐中加熱完成回流焊接工藝 。回流焊 ( Reflow soldering )是一種將各種電子元件的焊接面涂覆焊料后組裝在一起 ,然后在加熱爐的加熱區域使焊料熔融,再經過冷卻區使焊接物冷卻的焊接方法。對于在印制電路板上既有插裝組件又有貼裝組件的電子線路就要采用混裝技術制造,即在一條傳送帶生產線上先用回流焊接工藝把表面安裝元件焊接到印制電路板上,再用波峰焊工藝把插裝組件焊接到印制電路版上。為了提高波峰焊或回流焊的焊接質量, 防止焊點發生氧化、 減少焊點缺陷,有時要在氮氣等惰性氣體的保護氣 氛中進行焊接。即在波峰焊的焊接室和回流焊的加熱爐中充入氮氣等惰性氣體以排除在高溫下有氧化作用的空氣。


1。2助焊劑 


助焊劑( f l u x ) 是在焊接時用于促進電子元器件同印制電路板連接盤可焊性的活性物質藥劑。按照活性物質的活性強度可分為: 免清洗類、適度活性類和活性類;按照形態可分為:液態和膏狀 


1。2 。1 助焊劑在印制線路板的焊接工藝中的作用助焊劑在目前的印制線路板的焊接工藝中仍是不可缺少的物質。因為僅靠焊料的可焊性和焊接工藝及焊接設備的性能,并不能保證印制線路板的組裝焊接一次成功。助焊劑在焊接工藝中起到的是使焊接表面潔凈、 防止焊料發生氧化、降低焊料表面張力、 提高焊接質量的作用。 助焊劑中含有的化學活性物質,通過與氧化物和其他污染物質起化學反應,能清除掉釬焊表面的氧化物和其他污染物質;并能溶解在與金屬氧化物反應過程中形成的金屬鹽類 ;并具有保護焊接表面防止表面被再次氧化的作用。一般說來使用的助焊劑的化學活性與焊料的可焊性是正相關的,即助焊劑的化學活性越高, 可焊性也越高, 焊點的可靠性也越高。所以助焊劑是為保證焊接質量和工藝的可靠性而不得不使用的物質。但是使用助焊劑之后如果它的殘留物不能很好地被清除,它的化學活性就會繼續發揮作用而影響焊點的可靠性和壽命,所以一般都需要通過清洗工藝把它的殘留物清除。 


1.2.2 助焊劑的類型 


完成焊接后殘留在印制電路板上的主要污染物是助焊劑,而不同的焊接工藝使用的助焊劑種 


類成分各不相同,所以采用的清洗工藝方案也不同。因此在確定清洗工藝方案之前有必要了解使用的助焊劑的類型.


目前在印制線路板的焊接工藝中使用的助焊劑主要有以下幾種類型。


A.松香型助焊劑 


松香型助焊劑是傳統使用的助焊劑品種,它具有良好的可焊性,焊接中不需要特別的保護氣 


氛。 松香型助焊劑中的主要化學活性物質是松香,松香是松脂蒸餾分離去除松節油后得到的透明的玻璃狀脆性物質,主要化學成分是松香酸( C14H29COOH) 和松脂酸酐 ,松香不溶于水,但可溶于乙醇、丙酮、苯等有機溶劑,松香在常溫下基本上對焊接是沒有化學活性的,但隨著溫度的升高, 它的化學活性逐漸增強, 含在松香中的松香酸等酸性物質在焊接過程中能與焊料和線路板上的金屬氧化物作用將其去除使焊接表面潔凈并隔絕空氣防止其再氧化,降低焊料表面張力使焊接牢度提高。 但松香在焊接受熱過程中會氧化分解,產生的白色殘渣不僅會使焊接性能變差,而且殘渣中的極性大的離子性成分會造成印刷線路板的絕緣性變差和發生腐蝕。 


目前工業上使用的松香型助焊劑按化學活性的大小分為以下四種類型。 由于松香溶于乙醇, 所以松香助焊劑常常用松香和乙醇配制成。為了提高化學活性在配方中還加入了其他化學成分。


R型: R是英語松香 ( R o s i n )的字頭R型是化學活性最低的一種松香焊劑。它只由松香和乙醇配制而成, 它的清潔作用較弱,僅用于可焊性能較高的印刷電路板的焊接。在室溫下殘留物基本上是惰性的、不親水的、具有一定的防潮功能的,所以在焊接后通常可不清除。


RMA型:是具有適度活性的松香型助焊劑,R MA是英語適度活性松香助焊劑 ( Rosin Moderately Activated flux )字頭的縮寫,在焊劑中加入了少量鄰苯二甲酸、三乙醇胺等活性物質以提高焊接活性。這類助焊劑焊接后的殘留物的活性較低,在焊接后通常可不清洗。


R A型是活性松香助焊劑 ( Rosin Activated flux ) 。 通常在焊劑中添加溴化水楊酸等活性物質,以增強焊接活性。


RS A型:R S A是英語超級活性的松香助焊劑( R o s i n? S u p e r?? A c t i v a t e d? f l u x ) 字頭的縮寫,目前RS A型助焊劑己不多用。 當時使用的目的是提高 R A型助焊劑的焊接能力。RS A的配制者用普通R A助焊劑中的氯化物的1.5 倍的活性成分來提高其氯化物的含量。常用的活性成分是二乙胺的鹽酸鹽或活性極強的氯化鋅等無機鹵化物。可用于可焊性極差的焊接。而與常規 R A助焊劑相比,它的松香、異丙醇和表面活性劑的含量都是同樣 


的。雖然它增加了5 O %的活性成分,但這種助焊劑的焊接能力并不能提高 5 O %。因此 R S A目前用的不多, 文獻中介紹得也不多。 美國在改用免洗助焊劑前, 使用性能最好的一種RS A助焊劑的商品名是 Ke n c o?? 4 6 5 -X。使用 RA、RS A兩類松香型助焊劑焊接的電子線路板可以用含皂化劑的水清洗、 半水基清洗,也可以用溶劑清洗。 


B.合成活性助焊劑( synthetic flux )由于松香是一種天然物質,其成分隨產地自然條件不同而變化,焊接時在高溫作用下會發生聚合作用, 造成留下的殘留物不易清除。 為克服松香的這些缺點, 研制出了合成活性助焊劑, 合成活性助焊劑 ( s A型)是由單、雙異辛基磷酸酯等有機化合物與各種改進焊劑活性的添加劑組成,合成活性助焊劑的活化程度類似于有機酸助焊劑 ,但具有殘留物中的離子污染程度較低、殘留物易于被去除的特點。合成活性助焊劑不能與堿性皂化劑發生皂化作用, 所以不能用皂化劑清洗, 但可以通過乳化水清洗、 半水基清洗、 溶劑清洗加以去除。


C. 水溶性助焊劑( water soluble flux )


水溶性助焊劑是由水溶性材料配制成的,主要成分包括有機羧酸 ( 如硬脂酸、乳酸、油酸、乙二酸等) 、 活化劑 ( 如有機鹵化物和胺類等) 、 溶劑 ( 乙醇、乙二醇等) 。與松香型助焊劑相比, 水溶性助焊劑具有更高的活性和腐蝕性,所以在焊接之后應立即清除。這類助焊劑的殘留物不僅存在印刷電路板表面, 而且由于焊接過程中的高溫作用,它會滲透到基板的內部, 如果使用水清洗, 應適當提高清洗的溫度,使滲入到印刷電路板內部的助 焊劑殘留物也能被徹底清除。也可以用皂化劑水清洗 


D. 免清洗液態助焊劑( no-clean liquid soldering flux )免清洗液態助焊劑是一種近年發展并逐步得到廣泛應用的用于電子元器件焊接的新型助焊劑產品,免清洗助焊劑由活性劑、成膜劑、添加劑、溶劑等組成。 對免清洗助焊劑的技術要求包括: 焊后殘留物要少、 沒有腐蝕性、 有較高的絕緣電阻值和較低的離子殘留量。不含鹵化物活性劑和低固態含量是免清洗助焊劑的兩大特點。其中包括低固含量的弱有機酸助焊劑和中活性低殘留量的松香助焊劑, 由于這種助焊劑不含鹵化物活性劑,用其焊接的印制板組裝件無需清洗即可進入下一工序。因此這種工藝不僅省去了印制板組裝件的焊后清洗工藝,而且也避免了使用ODS清洗劑對大氣臭氧層的破壞。免清洗液態助焊劑外觀為澄清透明液體 ,其中含有的不揮發物含量最多不超過l 0 % 有些產品的不揮發物含量在 2 %以下。


2 .印制電路板上的污垢及其危害 


2 .1印制電路板上的污垢類型 


焊接后的印制電路板是電子產品的核心部件,它在制造過程中不可避免地沾染上周圍環境中存在的灰塵、 纖維、 金屬和非金屬及其氧化物碎屑等污垢;在焊接過程中還會沾上汗跡、指紋、油污以及助焊劑殘留物等化學物質。印制電路板上的污染物按其性質不同一般分為四種類型 :根據污垢能否溶于水分為可溶于水和不溶于水兩大類,在可溶于水的污垢中根據其污垢中有無離子成分分為離子型污垢和非離子型污垢,不溶于水的污垢中根據它是否可溶于其它溶液分為可溶解型和不溶解型。 即離子型和非離子型的水溶性污染物、 非水溶性污染物、不溶性的固體微粒四類。 


2.2離子性水溶性污垢 


離子性水溶性污垢在溶于水后會發生電離,在水中以離子狀態存在,印制電路板上的存在典 


型離子性污染物是助焊劑中的活性物質氯化銨、氯化鈉等,它們在助焊劑殘留物和手印指紋中均存在。如在水中氯化鈉會電離成氯離子和鈉離子Na C 1 : Na +C1 一 , 當純水中含有離子時它的電導率就會很快提高, 而且含有的離子數量越多, 水的電導率就越高, 在離子濃度較低的條件下, 水的電導率與離子濃度之間成正比線性關系。在印制電路板上的存在的陰離子主要有氯、溴、硫酸根、硝酸根、 有機酸根等, 存在的陽離子主要是鈉、 鉀、 銨等。 這些污垢主要有以下幾個來源:在印制電路基板的制備過程中, 進行刻蝕、金屬化孔、 敷設阻焊層等工藝中使用的化學藥劑的殘留物;電子元器件表面上的殘留物;助焊劑的殘留物;手工處理時引入的污染物。


2.3離子性水溶性污垢的危害 


離子性污垢對印制電路板的破壞力極大,會使電路的信號發生變化, 電路板出現電遷移、 腐蝕以及涂敷層的附著力下降等問題。其中氯離子等污染物有很強的吸濕性和腐蝕性 ,它們在水解過程中能產生鹽酸等酸性物質, 接觸到印制電路板上的焊點、引腳、導線中的錫、鉛、銅、銀等金屬成分時就會與它們發生化學反應 ,生成S nC1 , 、PbC1 , 、CuC1 , 、AgC1 等,這些物質還會進一步發生氧化 、水解等反應而生成 S nC1、P b C 1 、S n ( OH) 、P b ( OH) 等物質,并再次釋放出氯離子,這些氯離子又引發新一輪的上述化學反應, 不斷加劇腐蝕過程, 最終在焊點周圍聚積出白色、 綠色的腐蝕產物粉末。 它造成的后果是:破壞了焊點, 使導線、引腳發生腐蝕斷裂, 造成電路斷路。 即使并未完全腐蝕斷裂, 也因斷面變小、 強度降低,在受到沖擊、震動時就會斷裂。這個問題在電子元件輕薄化、小型化后變得更加突出。這些離子性污垢雖然可以簡單地用水溶解的方法去除,但實際情況中往往這些離子殘留物是部分或全部包埋在不溶于水的污垢中,如指紋手印就是一個實例 ,無機鹽類和一些水溶性的氨基酸就是被包埋在護膚品和皮膚分泌的油脂中的。所以為了去除這些離子性污垢 ,往往需要在清洗液中加入適當的添加劑并輔助以加熱、機械攪拌等物理手段。


2 .4非離子性的水溶性污垢及其危害


非離子性的水溶性污垢從化學成分上看,是能夠溶解于水但在水中不會發生電離的有機化合 


物。殘留在印制電路板上的非離子性的水溶性污垢典型物質是廣泛用于水溶性助焊劑的聚乙二醇。非離子性的水溶性污垢殘留在印制電路板上,可使印制電路板的潤濕特性及組裝涂覆層的附著力發生變化。 如果這種有機物具有吸潮性, 在一定的濕度下會在印制電路板上形成水膜 ,使電路板的表面絕緣電阻降低。 有時還會有電遷移、 腐蝕等現象發生。為更好去除這類水溶性污垢在清洗水中要加入添加劑,并采用提高水溫、延長清洗時間、輔之以機械攪拌等措施。


2.5非水溶性污垢及其危害印制電路板上的非水溶性污垢指的是不溶于水, 但可被加有添加劑的水溶液溶解的污垢。典型物質如松香、合成樹脂、低殘留/免清洗助焊劑中采用的某些有機物、 油脂、 指紋手印、電子元器件上的脫膜劑等。這些殘留物的存在對印制電路板的表面潤濕特性、 黏結性能、 組裝涂覆層均有不利的影響。而且對印制電路板上的電聯接 


點耐使用環境影響的可靠性有較大的不利影響。因為絕大多數的電子設備產品,在使用過程中很難做到與環境完全隔離,因此電子設備的工作環境 ( 即焊點的環境)對焊點的可靠性有很大的影響。對焊點的可靠性影響較大的環境因素主要是氣溫、濕度、鹽霧、霉菌等。其中在熱帶的潮濕濱海地區高溫、 高濕條件下的鹽霧的影響最大。 在這種環境中使用的電子產品在反復使用之后,在焊點附近就會積存含有鹽分的凝露,這種凝露將促使焊點上殘留的助焊劑膨潤,并導致焊點表面的殘渣粉化, 這些腐蝕性物質和粉化物的吸濕、 擴展會導致電路的短路,而在焊點附近的非水溶性污垢有機物在凝露吸濕后, 極易感染霉菌而發霉, 直 


接造成短路或加速化學腐蝕。所以這些非水溶性污垢有機物必須清除。


2。6不溶性污垢及其危害 


印制電路板上的不溶性污垢指的是那些不溶于水和有機溶劑, 只能通過強力噴射、 刷洗、 超聲波清洗等物理手段才能除去的污垢。其典型物質包括來自灰塵或污物的硅酸鹽微細固體顆粒、發生水解或氧化的松香、助焊劑反應后殘留下來的白色殘渣、 硅樹脂、玻璃纖維、 焊錫微粒等。這些殘留物通常與可溶性污垢混雜在一起 ,在清洗過程中當可溶性污垢被清除之后,這類污垢通過沖洗等手段即可被清洗掉。


本文網址:http://www.ganoya.com/news/392.html

關鍵詞:印制電路板,電路板清洗技術,印制電路板廠家

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