你知道當(dāng)初電路板組裝(PCBA)后為何還需要清洗嗎？清洗的目的及用意所為為何？為什么后來(lái)/現(xiàn)在的PCBA幾乎都可以不用再清洗了呢？可為什么還是有客戶(hù)要求要清洗板子呢？

 

電路板組裝焊接，最開(kāi)始的制程是需要水洗的，也就是板子過(guò)完「波峰焊(Wave soldering)」或是「表面貼焊(Surface Mount)」后，最終要使用清潔劑或純水來(lái)清洗掉板子上的污染物，后來(lái)隨著電子零件的設(shè)計(jì)越來(lái)越多樣，也越來(lái)越小，水洗制成漸漸的出現(xiàn)了一些問(wèn)題，還有就是因?yàn)镻CBA的清洗制程實(shí)在太麻煩了，后來(lái)才演化出了免洗制程。

 

電路板組裝(PCBA)后清洗板子的主要目的在去除PCB表面上殘留的助焊劑

以SMT制程來(lái)說(shuō)，「水洗制程」與「免洗制程」的最大差異在錫膏中助焊劑的成份不同，波焊制程就純粹是爐前助焊劑的成份，這是因?yàn)橹竸?flux)的主要目的在去除被焊接物的表面張力及氧化物以取得潔凈的焊接表面，而去除氧化的最佳良藥當(dāng)屬「酸」及「鹽」這類(lèi)化學(xué)藥劑，但是「酸」及「鹽」具有腐蝕性，如果殘留在PCB表面，會(huì)隨著時(shí)間而腐蝕銅面，造成嚴(yán)重品質(zhì)不良。

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其實(shí)，既使是使用免洗制程生產(chǎn)出來(lái)的板子，如果助焊劑的配方不當(dāng)（通常是用到一些來(lái)路不明的錫膏，或是有特別強(qiáng)調(diào)吃錫效果或可以去氧化物的錫膏時(shí)，因?yàn)檫@些錫膏的助焊劑通常會(huì)添加弱酸）或是助焊劑殘留過(guò)多，時(shí)間久了錫膏與空氣中的濕氣與污染物質(zhì)混合后也可能對(duì)電路板的銅面造成腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)板子有被腐蝕風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，清洗還是必要的。所以，并不是說(shuō)「免洗制程」的板子就一定不需要清洗，當(dāng)然能不水洗就不要水洗，畢竟水洗很麻煩。

 

另外，有些特殊目的情況下也會(huì)要求將免洗制程的板子拿去水洗，比如說(shuō)：

?　單賣(mài)PCBA給終端客戶(hù)者，希望板子的表面干凈，給客戶(hù)良好的外觀印象。

?　PCBA的后續(xù)制程中需要增加電路板表面附著度者。比如說(shuō)三防膠(Conformal coating)涂布需要通過(guò)百格測(cè)試需求者。

?　或是為了避免錫膏殘留物產(chǎn)生不必要的化學(xué)反應(yīng)者，比如說(shuō)灌膠(Potting)制程。

?　免洗制程殘留的助焊劑在潮濕環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生微導(dǎo)通（阻抗降低），尤其是細(xì)間腳(fine-pitch)零件，比如說(shuō)0201尺寸以下的被動(dòng)元件底部，特別是小間距的BGA封裝，因?yàn)楹更c(diǎn)設(shè)置在零件底部，容易殘留過(guò)多的助焊劑，且濕氣也容易在使用時(shí)溫不用時(shí)冷卻后附著在其下方，久而就之形成微導(dǎo)通，造成漏電流(leakage current)或增加保持電流(retention current)耗電。

所以，板子需不需要水洗，得視個(gè)別需求而定，重要的是要去了解「為何要水洗？水洗的目的是什么？」。
 

 

PCBA助焊劑的種類(lèi)與解說(shuō)

既然談到PCBA「水洗制程」與「免洗制程」的最大差異在助焊劑，而且水洗的最大目的在「去除助焊劑的殘留」以及其他污染，那我們就得了解一下助焊劑有哪些種類(lèi)。

 

助焊劑基本上分成下列幾大類(lèi)：

1.無(wú)機(jī)系列助焊劑

早期的助焊劑中會(huì)添加無(wú)機(jī)酸及無(wú)機(jī)鹽等物質(zhì)（比如說(shuō)鹽酸、氫氟酸、氯化鋅、氯化銨），稱(chēng)之為「無(wú)機(jī)助焊劑」，因?yàn)闊o(wú)機(jī)酸及無(wú)機(jī)鹽類(lèi)為中強(qiáng)酸，所以具有非常良好的清潔效果，可以獲得良好的焊錫效果，助焊性?xún)?yōu)，但缺點(diǎn)是腐蝕性也很強(qiáng)，被焊接物比虛有較厚的鍍層或厚度才能承受強(qiáng)酸的清洗，所以使用這類(lèi)「無(wú)機(jī)助焊劑」后必須馬上進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，以避免其繼續(xù)腐蝕電路板的銅箔，實(shí)用性大受限制。

 

2.有機(jī)系列助焊劑

所以就有人將酸性較弱的有機(jī)酸（比如說(shuō)乳酸、檸檬酸）添加在助焊劑中來(lái)取代強(qiáng)酸，稱(chēng)之為「有機(jī)助焊劑」，其清潔程度雖然沒(méi)有強(qiáng)酸來(lái)得好，不過(guò)只要被焊物的表面污染不算太嚴(yán)重，它還是可以起到一定程度的清潔效果，重要的是它焊接后的殘留物可以在被焊物上保留一段時(shí)間而無(wú)嚴(yán)重腐蝕，但弱酸也是酸，所以在焊接后還是得水洗，以免日久造成線路腐蝕等不良。

 

3.樹(shù)脂、松香系列助焊劑

因?yàn)樗粗瞥虒?shí)在是太麻煩了，而且也不是所有的電子零件都可以進(jìn)行水洗，比如蜂鳴器(buzzer)、鈕扣電池(coin battery)、彈簧頂針連接器(pogo pin)就不建議進(jìn)行水洗。

 

后來(lái)有人將松香加入到了助焊劑中取代原本的酸性清潔劑，也可以起到一定程度清除氧化物的功效，但是松香為單體時(shí)，化學(xué)活性較弱，對(duì)促進(jìn)焊料的潤(rùn)濕往往不夠充分，因此實(shí)用上需要添加少量的活性劑，以提高它的活性。松香還有一個(gè)特性，就是松香在固態(tài)時(shí)呈非活性，只有變成液態(tài)時(shí)才呈活性，其熔點(diǎn)約為127℃，而活性則可以持續(xù)到315℃的溫度。目前無(wú)鉛錫焊的最佳溫度為240～250℃，剛好處于松香的活性溫度范圍內(nèi)，且它的焊接殘留物不存在腐蝕問(wèn)題，這些特性使松香為非腐蝕性焊劑而被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備的焊接中。

 

IPC-J-STD-004依據(jù)助焊劑成份定義了四大助焊劑：有機(jī)(OR)、無(wú)機(jī)(IN)、松香(RO)、樹(shù)脂(RE)。

 

PCBA水洗制程的麻煩、缺點(diǎn)：

所謂「水洗」，就是使用液體溶劑或純水來(lái)清洗板子，因?yàn)橐话愕乃嵝晕镔|(zhì)都可以溶解在水中，所以可以使用「水」來(lái)溶解清洗，所以稱(chēng)之為水洗，但是免洗助焊劑使用松香則無(wú)法溶解于「水」中，比需使用「有機(jī)溶劑」來(lái)清洗，但一樣被稱(chēng)之為「水洗」，大部分的水洗制程都會(huì)使用「超音波」震盪來(lái)加強(qiáng)清洗效果及縮短時(shí)間，這些清洗劑在清洗的過(guò)程當(dāng)中極有可能會(huì)滲透到一些有著細(xì)小孔隙的電子零件或電路板之中造成不良。

?　有的可能會(huì)因?yàn)橐后w滲入后無(wú)法干燥造成功能失效，比如說(shuō)簧片開(kāi)關(guān)、彈簧頂針連接器(pogo pin)。

?　或是清洗后反而把葬東西帶到零件內(nèi)部使之作動(dòng)不順或接觸不良，比如說(shuō)蜂鳴器、喇叭、微動(dòng)開(kāi)關(guān)…等零件。

?　有些可能因?yàn)闊o(wú)法承受震盪清洗而出現(xiàn)不良，比如說(shuō)鈕扣電池。

這些對(duì)水洗制程有疑慮的電子零件一般都必須安排在水洗之后才能進(jìn)行焊接，以避免清洗時(shí)造成永久的損壞，這就增加了生產(chǎn)的制程環(huán)節(jié)，而且生產(chǎn)的制程越多道就越容易有良損，無(wú)形中對(duì)生產(chǎn)制程造成了浪費(fèi)，而且水洗后的焊接通常是手焊，對(duì)焊接品質(zhì)也較難管控。所以，還是那句話「能不水洗就不要水洗」。

 

補(bǔ)充說(shuō)明： 

錫膏及助焊劑有分成水洗與免洗，一般的水洗錫膏及助焊劑用的成份可以溶解于水中，而免洗制程的助焊劑則無(wú)法溶解在水中，只能用有機(jī)溶劑來(lái)清洗。所以，如果已經(jīng)決定PCBA要清洗，建議前面就採(cǎi)用水洗的錫膏與助焊劑，這樣才會(huì)有助將助焊劑清洗干凈。