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清洗免洗助焊剂——是不是最糟的选择?

十一月 02, 2018 | Eric Camden, Foresite
清洗免洗助焊剂——是不是最糟的选择?

对于没有经过培训的人来说,免洗助焊剂就不需要清洗;对于盲目瞎干的人来说,无所谓,你安排什么任务,他就完成什么任务。听起来很有趣,但对于有点常识和有点经验的人来说,真的是太糟了。

之所以选择清洗免洗助焊剂,自然会有一些理由(但实际上几乎没几个理由是充分的)。一个好的理由是当组件要求敷形涂覆时,特别是当采用聚对二甲苯时。另一个理由是当要求用探针进行测试时。助焊剂残留物会阻碍与表面的良好接触。除此之外,我想不出清洗免洗助焊剂的其他充分理由了。

从失效分析实验室的角度出发,清洗免洗助焊剂的主要理由是如果助焊剂残留物未彻底去除,如残留物能够始终保持原样,那么留下来的东西不会有问题。作为分析测试实验室的一名员工,我完全同意——进一步的研究是没必要的。作为一个客观的观察者,我认为这种理论有几个问题(本专栏的后续系列文章将详细讨论)。

先来简单介绍一下免洗助焊剂。传统的水溶助焊剂成分有约10%到40%的固体物。收到免洗助焊剂后,如果一到两周内不使用,其中的活化剂可能就会烧穿包装容器,所以需要马上清洗。采用高质量的去离子水的标准在线清洗工艺,或加入皂化剂降低表面张力,进入元器件托高下(如QFN及其他底部有端子的元器件BTC),就可有效去除这类残留物。

一些公司已开始采用免洗助焊剂,因为他们可以采用与水溶助焊剂同样的清洗参数。这种方法的问题是免洗助焊剂配方或采用松香、或采用树脂帮助去除金属化表面的氧化物和污染物,使其能够焊接。松香还起到了“涂层”的作用,因为适当处理后它是一种防潮剂。最后一个部分是非常重要的,因为如果任何一种化学物质处于活跃状态,它是吸湿的。在足够的时间和适当的大气湿度条件下,有可能形成漏电通路,最终导致电化学迁移。

当免洗助焊剂没有经过充分的热暴露处理,使其接近温和后,它就仍呈现活性。如果未有效地清洗去除,会使活性成分直接暴露于大气中。这种状况类似于撕掉绷带暴露伤口。一些元器件制造商意识到在某些情况下清洗QFN这类部件下板面的难度,他们为只采用免洗助焊剂的组装,已做出了转变。

我已经介绍了为什么清洗免洗助焊剂是一个糟糕的想法。但现实情况中还是有人要清洗免洗助焊剂,现在我们来讨论实现这个目标的最有效方法。正如前面所提及的,每种有效的清洗工艺都要求配备高质量的DI水系统。最低的水质量也要求电阻率达到10兆欧姆,而不是2兆欧姆的普通水,因为当DI水撞击空气时,电阻率会下降,此时,它还不如溶剂。很多清洗设备都配有电阻率测量系统,所以可将10兆欧姆作为清洗水的最低可接受值。

同时需要为你的系统引入几种清洗化学品。这将有助于减少表面张力,软化组装后已硬化的残留物,对于温度更高的无铅工艺,更有必要。再流焊/波峰焊温度越高,残留物就越难去除。对于皂化剂,有很多优质的选择。咨询清洗化学品供应商,确定最适合于特定助焊剂及组装工艺的化学品。

接下来需要考虑的是清洗参数。清洗及漂洗溶液的温度应该为60℃。这个温度能进一步降低溶液的表面张力。喷射压力不应该很高,因为水会立即雾化,失去大部分能量。大容量低压力是清洗的准则。这意味着喷嘴要采用大的开口——可设为约2.0 gpm——浸透组件,生成更多的水平流动模式。这样可使助焊剂暴露于化学品中,允许化学品用大于400PSI的力更好地软化和去除助焊剂。喷头冲击角应在入口和出口两个方向上向内倾斜约20°,有助于增加清洗和漂洗溶液的水平流动。也有助于清洗那些难清洗的BTC器件。

传送带速度是另一个需要考虑的因素,如果你已解决了增加喷头水流和水压的难题,如果你以5.0 FPM的速度清洗组件来增加吞吐量,之前做的所有其他工作就全白费了。我发现2.0 FPM的速度可以让化学品有效完成其工作。 这完全取决于热能和化学能组合的暴露时间。

这些是通用的建议,对于所有组装材料,可能会因实际产品的不同而有所变化。没有任何一个材料供应商能够准确地知道你在生产什么产品,这点很重要。当供应商的技术数据表给出了产品的简介或推荐的应用范围,它只是一个建议。清洗采用免洗助焊剂的组件后,要进行一些有损物理分析,这点同样重要。需要采用机械方法去除一些部件,近距离观察焊盘与元器件本体之间的界面。这些地方可能会留下大量的助焊剂残留物,去除实际产品中的一些QFN,而不是只测试是电路板,是一个良好的开端。建议关注这些部件,因为他们很难清洗;如果这些元器件底部能够清洗干净,那么其他地方的清洗就无需担心了。

此外,强烈推荐采用离子色谱(IC)法测试部件和焊盘,以确定助焊剂活化剂中所使用的每种特定离子。你不一定能够看到残留物;看起来好像没有残留物,只是因为用肉眼看不到那层薄膜,通过显微镜就可以看到了。你最有可能看到免洗助焊剂残留物,因为这种残留物通常会吸收清洗工艺中的水分,形成乳白色的雾霭。如果看到雾霭状的残留物,要检查并优化清洗参数,如减慢传送带速度、增加化学品百分比、提高温度等。你会发现问题会缓解,一旦问题得到彻底解决,切记这组优化后的参数很可能只是针对那种特定的电路板类型有效。

就像一种尺码的游泳衣不可能适合所有人。

标签:
#制造工艺与管理  #清洗  #免洗 

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