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科普大讲堂:清洗工艺知多少

电子制造技术 2018-12-05 16:35:09

自盘古开天辟地,三皇五帝至今,人人都想成为伟大的工艺工程师,但是想做好一个工程师哪有那么容易,只有刻苦学习再加上天天锻炼身体,才有可能成为出类拔萃的国家栋梁。

今天要给大家分享的内容是电子制造业多种多样的清洗工艺概览:

提问:电子制造业生产过程中,哪个环节需要用到清洗工艺?

回答:电子制造生产过程通常分为回流焊和波峰焊两种工艺,回流工艺的过程如下所示:

在这一整套过程中,首先印刷后需要对钢网进行清洗,然后在AOI检测后需要对误印板进行清洗,还有回流焊冷却后,需要对炉膛炉具进行维护保养,过炉之后的线路板为了保证产品的可靠性,通常也需要清洗。可以毫不夸张地说,清洗工艺贯穿了电子制造的全过程。

如图:电子制造过程中的清洗工艺

提问:我们该如何选择清洗工艺?

回答:清洗工艺即结合清洗剂的静态清洗力和清洗设备的动态清洗力,最终将污染物去除的过程。


听起来特别复杂?那我们打个比方,就好像古时候老太太用皂角洗衣服,皂角的去污能力就是静态清洗力,用木棒敲敲打打然后还搓来搓去就是动态清洗力...


在电子制造和半导体加工行业,选择正确的清洗剂搭配恰当的清洗设备非常重要。在选择清洗工艺时,以下内容值得大家注意:

清洗对象

材料性能:

我们的技术中心每天都进行免费清洗测试,在很多情况下客户的产品不能进水,因此不适合用浸没式清洗工艺!另外有一些元器件由敏感金属构成,非常脆弱,不能使用超声波进行清洗,不然那些泡泡爆炸的时候会震碎元器件。还有一些元器件必须用pH中性清洗液来进行温柔处理!

表面状况:

通常来说我们清洗的线路板表面都有非常复杂的几何结构,而且集成密度还非常高,如果器件与基板之间的距离非常小的话(01005,0201),我们就称这个为低引脚间距器件,这时候去离子水的水滴就无法钻入细小的间隙,根本无力去除器件底部的污染物,这时候就需要化学清洗剂来帮忙。 

污染物

从左到右:助焊剂未清除,助焊剂被部分清除,绝大部分助焊剂被清除,助焊剂完全被清除

一般情况下我们需要清洗的是锡膏和助焊剂残留,这些残留会引起电化学迁移、腐蚀和短路,给产品可靠性带来极大的威胁,不过也不排除电路板表面有大颗粒污染、油渍和汗渍。

洁净程度

根据产品的相关要求,通常我们对元器件表面的洁净程度都会有相关标准,很多厂商会参考IPC标准和军工标准,甚至制定自己的标准。

清洗设备


在选择清洗设备时,需要考虑元器件的特性和产量的要求,市面上比较常见的设备有喷淋设备、超声波设备、喷流设备和鼓泡设备,我们晚点会对这些设备的工作原理进行介绍。

清洗剂

选择正确的清洗剂非常重要,针对不同的污染物需要找到相对应的清洗产品,否则就洗不干净!另外需要考虑清洗剂与清洗对象之间、清洗剂与清洗设备之间的材料兼容性,如果不慎重的话有可能会洗坏产品,还会造成设备管路堵塞!另外清洗剂的环保性和健康性也很重要,有些化学品会对操作人员的呼吸系统和生殖系统造成毁灭性的打击!


一套完整的清洗工艺通常包括清洗、漂洗和烘干这三道工序,在清洗过程中,清洗剂和污染物相互接触,清洗剂将污染物从清洗对象的表面分离出来;漂洗和烘干过程主要是进一步去除污染物,还要确保元器件表面不存在清洗剂的残留。

接下来我们将给大家介绍不同的清洗工艺

手工清洗


手工清洗最原始也最简单,主要的优势是成本低廉,不需要额外的设备投资,如果只是需要对小批量的线路板或者是钢网进行清洗,那么选择手工清洗就足够了。


手工清洗也存在着一些劣势,第一个劣势是很难保证稳定的清洗结果,不同的操作人员洗出来的东西有可能会不一样…即使是同一位操作人员在一年当中也难免有几天心情不好不愿意好好上班…

另外就是市场上仍然有人采用工业酒精、IPA等化学品进行手工清洗,这些化学品对操作人员的健康和人生安全存在威胁。

喷淋清洗

第二种清洗工艺叫做喷淋清洗,行业内有时候会亲切地称它为“洗碗机”工艺,因为它的工作原理和洗碗机真是高度相似,大家可以想象一下在一个高速旋转的喷淋臂上安装了密密麻麻的喷嘴,然后这些喷嘴都发射出高压的清洗液…

在选择喷淋清洗工艺时,需要了解喷嘴的特征及排布方式,市面上比较常见的喷嘴类型有扇形喷嘴、舌型喷嘴和全区域喷嘴,由于喷射出的清洗液形状不同,因此清洗效果也各不一样,需要根据产品的特点进行合理选择,另外吸嘴的排布会影响到清洗的覆盖区域,如果喷嘴离清洗对象太远,则喷不到,无法完成清洗目标,离得太近,也有可能会形成清洗死角。

超声波清洗

超声波清洗是一种浸没式清洗工艺,超声波是一种超出我们人类听觉范围20kHz以上的声波,强超声波在液体中传播时,由于非线性作用,会产生声空化。在空化气泡突然闭合时发出的冲击波可在其周围产生上千个大气压力,对污染物产生直接反复冲击,一方面破坏污染物与清洗对象表面的吸附,另一方面也会引起污染物的破坏而脱离清洗对象表面并使它们分散到清洗液中。表现形式是清洗液中的密集分布的气泡。


这里需要特别提出的是,超声波的频率越低,物理激励的强度越大,气泡越大,气泡爆炸的强度也大,而超声波的频率越高,空化产生的气泡越小,分布越密集。根据IPC标准,我们建议使用40kHz的频率进行清洗。

喷流/鼓泡清洗


喷流及鼓泡清洗工艺有些类似,两种都属于浸没式清洗工艺,一种是在装满液体的腔体中喷入液体,另外一种是在腔体中喷气形成气泡,这两种工艺的工艺强度不高,比较温柔,因此常常用于漂洗工艺,另外由于工艺的施加方向比较单一,因此有时候会存在清洗的死角。


根据我们的工艺经验,有时可以考虑将喷液的喷嘴和喷气的喷嘴混合安装,也是一种很好的物理激励方式。

如果您对选择清洗设备和清洗工艺存在疑问,欢迎您将器件送至ZESTRON上海和深圳技术中心进行免费试验,我们不仅会提供可靠的工艺解决方案,还能帮助您评估您的产品洁净度是否满足要求。


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