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高可靠PCB组件的清洗工艺设计

高可靠PCB组件的清洗工艺设计

高可靠PCB组件的清洗工艺设计

2021-02-02 16:53

高可靠PCB组件的清洗工艺设计

免清洗时代,最初的设备供应商主要针对一类和 二类电子产品的免清洗组装工艺提供设备及技 术支持,而可靠性要求较高的二类产品和三类 产品,焊接后需要清洁残留在PCB上的助焊剂残留物及其他 残留的污染,这时客户会向线路板组装厂提出清洗要求, 加之产品小型化和高可靠性驱动,更多的客户将清洗步骤 增加到制造工艺步骤中,因此清洗机的出现是必不可少的。如果OEM厂外包合同中有三类电 子组装产品,那么清洗步骤必须添加到EMS厂的生产工艺 中。为满足这一需求,加工合同中应明确EMS厂要具备不同焊接材料所要求的清洗技术及清洗设备。

随着焊接材料由锡铅共晶合金过渡到满足RoHS要求的 无铅合金,EMS厂将无铅组装视为一个挑战;与此同时, 对EMS厂来说清洗也随之变成了一个更大的挑战。焊接由 锡铅转为无铅的过程中,无铅器件的有铅焊接也会出现在 生产车间,无铅器件可焊端镀层、PCB镀层材料如镀锡或在 镍/钯上镀金,都会增加焊接难度,因此需要增加助焊剂活 性来满足焊接要求。

EMS厂生产车间向电子产品级别为三类的客户介绍 免清洗工艺会遇到很大挑战,三类电子产品客户要求对焊 膏、波峰焊、手工焊焊料中的助焊剂详细介绍,目的在于 了解组装条件能否满足产品的高可靠性要求。三类产品要 求的焊接材料中助焊剂为松香基材料(J-STD-001,类型 POL0),供应商提供的焊接材料上有免清洗标识,该焊料 实施清洗工艺时可把它作为一种新型非免清洗材料介绍。 对于高密度组装线路板,器件底部助焊剂残留物的清洗及 细间距器件助焊剂残留物对EMS厂来讲也是一个挑战。

清洗工艺的设计
电子产品制造厂的清洗条件应该满足焊料中不同助 焊剂类型的要求,最好的情况就是助焊剂要求的清洗工艺 刚好与现有设备和工艺相匹配,生产工艺必须处在可控状态,满足苛刻的环境要求,同时价格优惠。优化工艺时要 从以下几个方面考虑:

·材料的评估
·污染物的评估
·验证程序的开发
·可用的清洗技术的评估
·生产工艺的评估
·新工艺的实施
·如何发现工艺问题
·工艺确认

 

材料的评估
一个新的清洗技术的开发,第一步要评估线路板的组件:

·部件材料
·功能
·元器件
·大小/几何尺寸/结构
·操作要点
·部件特殊要求/约束条件
·清洗设备与清洗要求的兼容性

部件的材料、大小和几何尺寸会造成清洗空间过小, 如类似“三明治”的部件,焊接到PCB上时,器件底部与 PCB之间距离很小,助焊剂残留物很难被清洗掉。 清洗过程中,体积小重量轻的部件通常需夹具固定或是放 在篮子(basket)里进行,清洗液必须与元器件、PCB表 面、金属镀层、铝镀层、标签、字迹等材料兼容,特殊部 件需考虑能否经受清洗。

 

污染物的评估
在详细了解了部件的特殊要求/约束条件后,下一步需 要考虑的就是污染物的评估,其过程要从以下几方面考虑:

·污染物成分
·物理特性
·数量
·工艺特征
·清洗效果和清洗设备与清洗步骤前道/后道工序之间 关联条件
·满足清洗设备与清洗要求的清洗工艺

焊膏、焊膏中的助焊剂、用于波峰焊的助焊剂对清洗 来讲都是非常重要的因素,焊膏印刷寿命、粘性,锡珠, 空洞,润湿性,焊点外形是评估焊膏的重要因素,另外焊 膏的转印率,模板对焊膏的释放率,塌陷度等因素,也是 设计清洗工艺时必须考虑的形成污染物因素,通过静态清 洗速度,可判断污染物溶解和清除速度。 助焊剂残留物清洗参数的设定取决于助焊剂在焊料 中占的比例、回流后放置的时间、回流温度、机械力、清 洗液的类型。水溶性助焊剂残留物通常要求回流后尽快清 洗,回流后板子放置的时间越长,清洗起来越困难。高温 回流时助焊剂中较轻的分子容易挥发,留在PCB上的助焊剂 残留物多为分子量较大的树脂,增加了清洗难度。清洗液 选择时要考虑对残留物的溶解性及不兼容性,这二个因素 影响静态清洗速度。

分析上述多个因素,清洗速度取决于助焊剂残留物及 回流参数,焊膏长时间高于或接近于液态温度时, 回流后板上残留物清洗变得困难;手工焊接、返工/返修的 板子清洗比较困难,清洗必须通过试验分析制定有效的清 洗工艺。

 
 

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