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电装基础再谈印制板清洗后白斑成因及 [复制链接]

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提问:请教一下,波峰清洗后,板面发白什么原因?使用热风枪吹一下,发白的地方恢复正常!

廖小波:这种板面发白大多都是助焊剂残余物没有清洗干净,吸潮后呈现出来的现象。烘烤或“热风枪吹一下”即可使助焊剂残余物吸附的水分子暂时脱离,“发白”现象暂时得以消除。但只要这种“残余物”依然存在,终究还会再次吸潮二次“发白”。这种助焊剂残余物中如果含有较高浓度的卤素元素,既便是在上面覆盖了三防涂层,也仍然难以避免PCBA发生腐蚀。现实中,曾经因为有些时候这种助焊剂残余物中卤素元素不高,未诱发PCBA后期发生腐蚀,从而使得很多人对这种“如果”带来的隐患心存侥幸,进而认为“问题不大”。但在高可靠性产品的电装工艺规则中,是决不允许存在有这种“残余物”的板子被放行的。违反了规则,没出问题是偶然,要出问题是必然!

这种经常诱发板面“发白”的助焊剂残余物,确实很难清洗干净。我把这种白色物质解读为助焊剂中松香类树脂残余物的水合物(水分子被树脂上的亲水基团吸附后变成了固态物质),这种水合物改变了松香类树脂残余物原有的溶解特性,因而很难再用溶剂将其清洗掉。通常,这种水合物只能用既含少量溶剂,又含微量表面活性(乳化)剂的水基清洗剂,借助一定的温度和搅拌冲击力的作用才能除去。避免出现这种白色残余物最有效的方法,一是选用最适宜的清洗剂;二是焊接后及时清洗。

(感谢阿侯老师的提问和图片信息)

相关链接1:电装基础:白色助焊剂残迹形成原因及清洗机理浅析

廖小波

JUN:

廖老师,我记得您写过一个短文,介绍图片所示这种白色物质的,我一下找不到了。

廖小波:

你们判定这是什么原因造成的?造成这种现象前板子经历过些什么处理?对于这种现象,你们目前是怎么处理的?效果如何?有什么困惑?

JUN:

供应商给我们交付印制板组装件后,我们自己用酒精清洁了,酒精干了,就出来这个白色物质,我们觉得是助焊剂,现在也不知道怎么去除。之前清洗时由于没用酒精刷,没发现。

廖小波:

这应该就是我曾在一篇短文中提到过的“焊接后没及时清洗,或没清洗干净的残余助焊剂中的松香树脂类化合物吸潮后,变成了松香树脂水合物,改变了溶解特性,变得特别难以清洗”。

根据我的经验,图片所示的状态,应该是印制板组件经过清洗后又进行过一次手工补焊,焊后未作清洗,或清洗不及时,不彻底的后果。

另外,如果电装厂焊接(或补焊)后使用的是低沸点有机溶剂(例如纯酒精)清洗,那么,如果清洗车间环境湿度管控不当,湿度太高,溶液长时间敞露于空气中,吸收了空气中的水份,就会使清洗剂中的含水量增高(酒精纯度越高,吸水倾向越强烈)。这不仅会使清洗效率大幅下降造成助焊剂残留,而且还会使残留助焊剂中的松香树脂类化合物吸附上水分子,干燥后变成白色的粉末状物质。

实践表明,松香树脂类化合物一旦吸附上了水分子(俗称“水合物”),就很难再用单一的酒精溶剂清洗除去,必须采用多种溶剂复合配方的清洗剂,甚至配上强力冲刷或超声清洗,才有可能除去。同时,从理论上讲,变成水合物后的白色粉末状助焊剂残余物,用水基清洗剂清洗,应该比单纯用酒精清洗更加有效。因为在伴有搅拌或喷淋冲刷作用的物理清洗过程中,水基清洗剂中不仅含有能溶解(胀)松香树脂类化合物的溶剂,而且还含有对溶胀后的松香树脂类水合物具有渗透作用的表面活性剂。这些表面活性剂对胶状或白色粉末状助焊剂残余物的渗透作用,可以使附着于板面呈大面积片状的助焊剂残余物被无限分割成越来越小的片状物,直至极其微小的颗粒状物质,最终从板子上被剥离下来,从而更加高效的除去通常难以清洗掉的白色粉末物质。

你说“之前清洗时没用酒精刷,没发现”,难道是板子只经过酒精浸泡,没经过刷洗,就没有这种“白斑”物质?倒是用酒精浸泡刷洗后的板子,出现了这种白斑?

JUN:

之前贴片厂供货给我们的板子,我们就直接用了,这次就是想清洁一下,就用酒精刷了刷,就出现白色了。

廖小波:

这就是说,你们没用酒精刷洗之前,那些助焊剂残留物还是透明的,肉眼不易看出来。反倒是一用酒精浸泡刷洗,就以白斑的方式表现出来了。依据我上面的分析,电装厂供给你们的,有助焊剂残余物的板子,残余物还未吸潮水合化,因而尚为透明物质。但一接触到挥发性极强的无水乙醇后,挥发具有的致冷作用使空气中的潮气凝露在这些残留物上,就使其变成了白色的水合物。

记得台湾电装行业知名专家曹用信(georgetsao)老师,曾为你们这种案例的解释,打了一个很形象的比喻:在一块洁净的透明玻璃表面点涂上一滴糖水,烘干后,似乎看不出任何痕迹,不知情者,仍会把它视为一块洁净的玻璃。但是,如果在干燥后的这个糖水痕迹上重新滴上一滴水(其实,只需将这片透明的糖水痕迹置于盛有开水的杯口上面少许时间),便可看到糖水痕迹处会有皱纹状的小颗粒出现。

(感谢JUN提出的问题和图片信息)

相关链接2:电装基础:焊接后多长时间清洗?

廖小波

提问:航天产品清洗方面,有标准具体规定了焊接后多长时间必须要完成产品清洗吗?

georgetsao:建议先要了解是怎样的PCBA,有哪些类型的零件?其次要了解采用的是哪种焊接方式?比如:波峰焊?迴流焊?还有要了解助焊劑是免清洗?需要考慮的因素很多。

廖小波:PCBA焊后应及时清洗是基于以下两个原因:1.防止助焊剂中残余的活性剂(卤素元素)腐蚀焊点;2.防止助焊剂中残余的松香类树脂吸收空气中的水份,使其成为水合物,增大后续清洗的难度。不同的助焊剂,上述“残留特性”和“吸潮特性”是不相同的,很难界定出一个统一的“焊后停留时间”值来判定其影响程度。因此,大多“规范”都用了“尽快”、“及时”等定性的描述方式。据我所知,实际上绝大多企业都是要求在“当班”(4~8小时)内完成清洗,很少有超过8小时的。因此,一味去追求这种“标准”规定的时间,既不现实,又不科学。

助焊剂残留

残余的松香类树脂吸潮“水合化”后,会变得非常难以清洗,进而造成“板面发粘”或“残留白粉”。而这些发粘物质和“白粉”,又成了吸纳卤素元素的载体,最终造成板面离子污染。

清洗后泛白

有些PCBA,清洗后表面无异常,但温度循环试验后板面却泛白,这大多是因为焊剂后未清洗干净的残余微量松香类树脂化合物,在干燥的条件下呈透明状态,经过温度循环试验,过程中吸收了空气中的湿气,使其变成了白色水合物。

温度循环试验后泛白

georgetsao:所以需要清洗的pcba焊接後就要盡快清洗,否則一旦殘留助焊劑完全干燥硬化,就像炒菜鍋週邊沾附的“陳年老垢”再想要洗乾凈,就費時費事,困難度高....哈哈

廖小波:标准制定者不提供这种“时间”数据是明智的、科学的。一味追求后得到的某个企标中提到的这个数据,不加思考就滥用,是机械唯物主义,有时反而会误事。

(感谢georgetsao老师的分享)

(本文图片来自网络,部分图片来自ZESTRON.COM)

廖小波

曾从事材料表面处理工艺研究多年;后从业PCB制造业三十余年,任生产线总工;现就职于成都新欣神风电子科技公司,主要从事电子产品研发与生产工艺研究,任副总工程师(兼总工艺师)。

成都新欣神风电子科技有限公司,现为中国电子科技网络信息安全有限公司“中国网安”旗下控股子公司,成立于年,系从事电磁兼容(EMC)技术及服务的专业公司,公司具有《武器装备生产许可证》、《装备承制单位注册证书》和保密资质,产品广泛应用于航空、航天、兵器、船舶、电子和核工业领域。

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