在清洗工艺中，如何确定电路板的清洁程度呢？如何根据环保的要求选择合适的清洗工艺？一旦焊膏确定了，哪种清洗工艺是最理想的？针对这些问题，我们必须对污染物、洗涤剂和各种工艺参数进行各种实际的实验。此外，还要考虑到清洗工艺是否环保。  

由于大多数公司都采用免洗工艺，因此，需要清洗的电路板在电子组装市场中占的比例非常小。对于某些行业，例如航空航天、医疗、汽车等行业，对清洁度和可靠性非常重视。因此，在电路板组装完成后，清洗免洗焊膏的残留物是非常必要的。上述行业都要求对PCB组装后的清洁度和可靠性进行严格把关。  

一些特殊的产品在组装上要求不同。例如，航空航天行业非常重视产品的长期可靠性，而对于医疗行业来说，最重要的是保证植入人体的电路和其他元件必须是高可靠性的。此外，还有一些产品表面涂有保护漆或保护涂料，在使用密封剂前必须彻底清洗表面。  

从化学的角度来看，对于可靠性要求高或者寿命长的产品来说，必须使用配套的溶剂或清洗剂，清洗产品上的助焊剂和焊膏残留物。因此，在这一领域共同开发清洗材料，将成为组装行业清洗技术未来的发展趋势。  

污染物  
PCB上的污染物主要是有机污染物，它们是在PCB制造和组装的过程中产生的。助焊剂具有脱氧的功能，它可以去掉焊盘和元件的氧化膜。对于焊膏，助焊剂能够去掉焊粉的氧化物，从而保证焊料合金良好地润湿。其中，助焊剂的主要成份是有机酸、树脂以及其他成分。  

按照现行标准，免清洗一词的意思是说电路板上的残留物从化学的角度上看是安全的，不会对电路板产生任何影响，可以留在电路板上。检测腐蚀、表面绝缘电阻（SIR）、电迁移还有其他专门的检测手段主要是用来确定卤素/卤化物含量，进而确定免清洗的组装件在完成组装后的安全性。不过，对于可靠性要求高的产品来讲，在电路板上是不允许存在任何残留物或者其他污染物的。  

清洗电路板首先要确定的是，清洗剂与电路板在焊接过程中产生的残留物相配。事实上，如果卤化物藏在元件下面或者元件下面根本清洗不到的地方，进行局部清洗可能造成因卤化物释放而带来的灾难性后果。这还会引起枝晶生长，结果可能引起短路。  

技术的进步  
由于在组件中大量使用无引线芯片、微型BGA、芯片级封装（CSP）和0204元件，元件和电路板之间的距离不断缩小，板的尺寸变小。CB组件的密度越来越大。这意味着需要使用质量更好的清洗剂来清除免清洗材料残渣。  

和老的助焊剂配方相比，现在的焊膏和免清洗助焊剂残渣中含腐蚀性活性剂的树脂，清洗起来更困难。此外，无铅焊膏的再流焊温度曲线比含铅焊膏的大约高了20°C。 

图1 上游工艺的清洁度参数与PCB和助焊剂残渣、胶水或粘合剂残渣以及在其他SMT组装工艺中累积下来的东西等有关。 

    随着技术的进步和法规的变化，清洗产品将面临越来越多的挑战。例如， CEE 648标准、 REACH，它们关系到在清洗剂中可以或者不可以使用哪些化学产品。在过去的几年里，像CFC、ETD、ES、HCFC等清洗剂技术已经被市场所淘汰，取而代之的是无氯溶剂和水基清洗剂等新的清洗剂技术。 

实验 
所有清洗工艺都是把“脏”的电路板清洗“干净”。对于不同产品，“脏”的含意也不同。因此，“脏”电路板的定义是，一块电路板的清洁程度达不到下一阶段生产工艺的要求。相反，干净的电路板指的是能够满足下一阶段生产工艺要求的电路板。电路板的废弃率和返修率，是界定电路板清洁度标准最有效而且切实可行的方法。清洗工艺包括清除掉所有的有害物质，包括可能会使电路板不能通过清洁度测试和导致电路板不合法规要求的有害物质。这些检测包括视觉检查、离子污染检测、表面绝缘电阻/电迁移检测，以及和涂层相关的检测，等等。 

清洗 
让一块焊后脏电路板变成一块达到清洁度标准的电路板，就必须严格控制生产过程中每个阶段的组装参数。我们把参数分成两类：上游参数和下游参数。上游参数主要指电路板本身和它的致污物（图1）。我们把助焊剂和焊膏的配方参数和应用参数列为上游参数。配方参数是助焊剂的各种成分，通常包括十五种成分，例如活性剂、溶剂、触变剂以及其他添加剂。应用参数是指这些助焊剂材料的化学性质，例如免清洗、无铅、水溶性、再流焊温度曲线、基板性质、表面处理程度、尺寸规格、几何形状、在电路板上的异物、金属元件，等等，以及在完成再流焊后等待清洗时的等待时间。 

下游参数是指清洗工艺（图2）。和上游参数一样，下游参数包括清洗液的配方参数和应用参数。清洗剂的成分可以是水溶液，也可以是溶剂，或者是这两者的混和物。溶剂、碳氢化合物，或者经过改进的酒精，都可以用于无水清洗系统，例如共溶工艺，这是一种碳氢化合物和氢氟醚的混合物，还可以用于真空工艺。 

水基清洗材料中水是主要成分。这些材料含有用来促进残留有机材料皂化的碱，第三种溶剂具有吸水性和吸液性，能够在含水的环境中溶解有机成分，（这些溶剂一般是酒精或者用酒精制成的溶剂），以及用来降低表面张力并且加快去污速度的表面活性剂。有些清洗剂既可以在纯净状态下也可以在稀释状态下使用。纯净的清洗剂可以促进有机残留物溶解，而且在清洗过程中不需要用水来清洗，而经过稀释的清洗剂能够把残留在PCB上的有机污染残渣皂化掉。这些含水材料使用（利用浸润喷射）的浸渍工艺或者喷射工艺来完成清洗。 

清洗工艺的应用参数包括清洗槽数量、清洗程序、清洗剂浓度、清洗槽温度、接触时间、所使用的机械清洗动作的类型，以及清洗槽的饱和程度等参数。 

一个有效的清洗工艺，必须保证所有参数都达到最佳。为解决在现代清洗行业中最迫切的问题，我们研究如何检测清洁度，（与清洁度有关的）适合无卤免清洗焊膏的最佳再流焊温度曲线，怎样保证清洗剂与指定的焊料合金相配，以及如何设置清洗参数，从而达到最佳效果。 
正因为有几个重要因素和几个重要的级别，把参数分成不同的类型可以消除不必要的数据、把重点放在最重要的因素上。 

图2 与清洗环节有关的下游参数，例如使用什么样的清洗设备和清洗剂，采用哪种清洗办法。 

我们怎样确定PCBA能够清洗到什么程度呢？我们可以改变助焊剂或者助焊剂中的有机材料（下游参数），而不改变工艺法。这里使用了四种焊膏*。清洗工艺不变。例如，水基洗涤剂**按1:1的浓度稀释，喷淋5分钟，然后用去离子(DI)水在20°C和50°C的温度下分别漂洗1分钟，最后再在70°C的温度下用热空气通风干燥20分钟。清洗结果随着助焊剂中有机成份的改变而不同，然后我们可以根据测试结果来优化助焊剂，最终得到清洗起来比较容易的焊膏。我们用离子污染检测和视觉检查来评估清洗效果。我们首先用无铅焊膏A来做实验，这种焊膏是在研制无铅焊接时开发出来的，它的清洗视觉检查效果比较好，离子污染物的浓度为0.511 µg/cm2；另一种在研制无铅焊接时开发出来的无铅焊膏B，视觉检查的效果很好，离子污染物的浓度为0.296 µg/cm2 ；第三种焊膏C，不能用洗涤剂清洗，通过视觉检查发现电路板上存在白色痕迹，离子污染物的浓度为0.743 µg/cm2。最后，对无铅焊膏D，用同一种清洗剂来试验。无铅焊膏D可以用任何清洗剂进行清洗，视觉检测结果也不错，离子污染物的浓度为0.509 µg/cm2。 

无卤免清洗焊膏的最佳再流焊峰值温度应该是多少呢？为了单独分析这个参数的影响，我们改变这个再流焊的峰值温度（这属于下游参数），但不改变使其他参数，例如从再流焊到清洗间的等待时间，元件密度等参数。我们在清洗后用离子污染检测、视觉检查、SIR检测来确定温度曲线和清洁度标准两者之间并不矛盾。当再流焊温度曲线的峰值温度为215°C时，视觉检查结果很好，离子污染物的浓度达到0.532 µg/cm2 （氯化钠当量），但这块PCB没有通过SIA检测。当峰值温度达到220°C时，视觉检查结果仍然很好，离子污染物的浓度为0.215 µg/cm2 （氯化钠当量），PCB通过了SIR检测。当再流焊峰值温度提高到225°C时，离子污染物的浓度达到0.657 µg/cm2 （氯化钠当量），视觉检查结果仍然很好，PCB通过SIR检测。显然，再流焊温度曲线会直接影响清洗效果。通过优化清洗效果，我们还可以掌握最佳的再流焊温度曲线。

一旦选定了焊膏，那么如何去选择最合适的清洗剂呢？这里，唯一的变化就是清洗剂本身，这属于上游参数。对于选定的焊膏和再流焊温度曲线，在清洗条件相似的情况下，利用常规检测就能够确定一种产品的清洗效果是否比另一种产品好。清洗工艺参数设置包括30％的清洗剂浓度，50°C的温度，在浸润喷射下清洗10分钟，在DI水中漂洗两次、每次10分钟，最后用热空气进行通风干燥。如果一种产品在视觉检查时，发现存在白色残渣，离子污染物的浓度为0.211 µg/cm2，另一种产品的离子检测结果是污染物浓度为0.223 µg/cm2，但没有白色残留物。虽然结果显示它们在清洗后离子污染检测结果相似，但有一种产品没通过视觉检查。在残留物是非离子残留物时，会出现这种情况。在这种情况下，必须调整其他变量来改善清洗效果。

对于选定的焊膏，我们如何确定最合适的清洗参数？这个试验，首先必须确定焊膏和再流焊温度曲线。对于确定的工艺，只改变水溶液的上游清洗参数（温度、浓度和清洗时间）。喷射的压力是固定的，漂洗和干燥工序也是固定的。因此，清洗剂只能使用含水清洗剂。清洗效果见表1。
表1 在标准的清洁度检测中改变清洗液的浓度、清洗时间和溶液的温度，会明显影响清洗的效果。

现在我们可以得出几个结论。如果知道再流焊温度曲线，我们就能够针对所选定的焊膏确定最佳设置。每个参数对清洗的重要性的程度不同。在改变参数时，最好的办法是改变对清洗效果影响较大的参数，而不是对清洗效果影响小的参数。有些参数可以达到界限值，也就是极限值，低于这些极限值，改变参数不会明显改变清洗效果。

结论
我们可以看到，因为这些参数本身就很复杂，所以这些问题的答案也非常复杂。我们还注意到，这些问题存在大量可能的答案。建立一个把所有因素和重要程度都考虑在内的实验计划模型几乎是不可能的事情。不过，我们的实验证明上游参数和下游参数都非常重要，越是有效地控制这些参数，清洗效果就越理想。

我们可以把各个实验计划结合起来，同时回答几个问题。从化学的角度来看，如果我们把清洗产品和组装产品放在一起考虑，可以扩大我们的活动范围并且不同的可能的方面展开工作。这可以改进清洗的质量。当然，没有哪种清洗工艺能够满足所有产品的清洗要求。每条生产线都不尽相同，除了上面列举的参数外，还有其他的参数。把从清洗实验中获得的知识和从其他实验中获得的化学知识结合起来，能够得到一些有效的清洗办法。

* 我们在实验中使用的焊膏有AVANTEC 305-6，PO1 （焊膏A），305-6， PO2（焊膏B），305-6，PO3 （焊膏C），以及一种同类型的有竞争性的焊膏（焊膏D）。

** 实验中使用的洗涤剂是Promoclean DISPER 605。