PCBA電路板上的殘留物分析方法

為了PCBA的可靠性和質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制殘留物的存在，必要時(shí)必須徹底清洗干凈這些殘留物。合明科技小編首先給大家介紹一下PCBA電路板上殘留物的來源、分析方法，希望能對(duì)您有所幫助！

一、PCBA電路板殘留物的類型及來源

PCBA上殘留物主要來源于組裝工藝過程，特別是焊接工藝過程。包括使用的助焊劑殘留物、焊劑與焊料的反應(yīng)副產(chǎn)物、膠粘劑、潤滑油等殘留物。其他一些來源的潛在危害性相對(duì)較小，比如元器件及PCB本身生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)葞淼奈廴疚铩⒑節(jié)n等。這些殘留物一般可以分為三大類。一類是非極性殘留物，主要包括松香，樹脂，膠，潤滑油等。這些殘留物只能用清洗劑進(jìn)行清洗方可較好地除去。第二類是極性殘留物，也叫離子性殘留物，主要包括焊劑中地活性物質(zhì)，如鹵素離子，各種反應(yīng)產(chǎn)生的鹽類，這些殘留物都需要使用清洗劑進(jìn)行去除。還有一類殘留物為弱極性地殘留物，主要包括來自焊劑中的有機(jī)酸堿，這些物質(zhì)都需要使用清洗劑去除掉。下面具體地介紹殘留物基本類別。

1、松香焊劑的殘留物

含有松香或改性樹脂的焊劑，主要是由非極性的松香樹脂及少量的鹵化物與有機(jī)酸，有機(jī)溶劑載體組成，有機(jī)溶劑在工藝過程中會(huì)因高溫而揮發(fā)除去。鹵化物有機(jī)酸（如己二酸）等活性物質(zhì)主要是去除被焊表面的氧化層，改進(jìn)焊接效果，但是在焊接中，復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程改變了殘留物的結(jié)構(gòu)。產(chǎn)物可以是未反應(yīng)的松香、聚合松香、分解的活性劑以及鹵化物 等活性劑，同錫鉛的反應(yīng)產(chǎn)生的金屬鹽，未發(fā)生變化的松香及活性劑比較易于除去，但具有 潛在危害的反應(yīng)物清除比較困難。

2、有機(jī)酸焊劑殘留物

有機(jī)酸焊劑（OR）一般是指焊劑中的固體部分是以有機(jī)酸為主的焊劑，這類焊劑的殘留物，主要是未反應(yīng)的有機(jī)酸，如乙二酸、丁二酸等以及其金屬鹽類。現(xiàn)在市面上絕大多數(shù)所謂無色免清洗助焊劑就是這一類，它主要由多元有機(jī)酸組成，也包括常溫下無鹵素離子， 而焊接高溫時(shí)可以產(chǎn)生鹵離子的化合物，有時(shí)也包括極少量的極性樹脂，這類殘留物中，最難除去的就是有機(jī)酸與焊料形成的鹽類，它們的有較強(qiáng)的吸附性能，而溶解性極差。當(dāng)PCBA的組裝工藝使用水溶性焊劑時(shí)，更大量這類殘留物及鹵化物鹽類會(huì)產(chǎn)生，可以使用水性清洗劑及時(shí)的清洗，這類殘留物可以得到很大程度的降低。

3、白色殘留物

白色殘留物在PCBA上是常見的污染物，一般是PCBA清洗后或組裝一段時(shí)間后才能發(fā)現(xiàn)。在PCBA的制裝過程的許多方面均可以引起白色殘留物（見下圖）

而PCBA的白色污染物，一般多為焊劑的副產(chǎn)物，但PCB的質(zhì)量不良，如阻焊漆的吸附性太強(qiáng)，會(huì)增加白色殘留物產(chǎn)生的機(jī)會(huì)。常見的白色殘留物是聚合松香，未反應(yīng)的活化劑 以及焊劑與焊料的反應(yīng)生成物氯化鉛或溴化物等，這些物質(zhì)在吸潮后，體積膨脹，部分物質(zhì)還與水發(fā)生水合反應(yīng)，白色殘留日趨明顯。這些殘留物吸附在PCB上除去異常困難。天然松香在焊接工藝中易產(chǎn)生大量的聚合反應(yīng)。若過熱或高溫時(shí)間長，出問題更嚴(yán)重，從焊接工藝前后的PCB表面的松香及殘留物的紅外光譜分析結(jié)果證實(shí)這一過程（見下圖）

4、 膠粘劑及油污染

PCBA的組裝工藝中，常會(huì)使用到一些黃膠，以及紅膠，這些膠用于固定元器件。但由于工藝檢測(cè)的原因，常常粘污了電連接部位，此外焊盤保護(hù)膠帶后撕離的殘留物會(huì)嚴(yán)重影響電接性能。另外部分元件，如小型電位器常涂有過多的潤滑油，也會(huì)污染PCBA板面， 這類污染的殘留，經(jīng)常是絕緣的，主要影響電連接性能，一般不會(huì)造成腐蝕，漏電等失效問 題。

二、PCBA電路板殘留物的分析方法：

按最近的 EIA/IPCJ－STD－001C（電子電氣焊接技術(shù)要求，2000年2版）的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)PCBA組裝前各配件表面的殘留量以及焊后的PCBA的殘留量的要求，則首先必須保證各配件的可焊性的要求，PCB裸板必須外觀清潔，且等價(jià)離子殘留量小于 1.56mgNaCl/cm2 （溶劑萃取法）。而對(duì)PCBA除了離子殘留量不大于1.56mgNaCl/cm2以外，還規(guī)定了松香樹脂焊劑殘留量的要求，以及外觀的要求，具體情況見下圖。

PCBA 上殘留物或清潔度的分析檢測(cè)方法主要包括外觀狀況檢查，離子性殘留物，松香或樹 脂性殘留物，以及其他有機(jī)污染物的鑒別等。其主要的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)見上圖，下面逐個(gè)簡要介紹。 

1、 外觀檢查 

一般可通過目測(cè)方式檢查，必要時(shí)使用放大鏡或顯微鏡，主要觀察固體殘留物，通常要求PCBA表面必須盡可能清潔，無明顯的殘留物，但這是一個(gè)定性的指標(biāo)，通常以用戶的 要求為目標(biāo)，自己制定檢驗(yàn)判斷標(biāo)準(zhǔn)，以及檢查時(shí)使用放大鏡的倍數(shù)。 

2、離子性殘留物分析方法 

離子性殘留物通常來源于焊劑的活性物質(zhì)，如鹵素離子，酸根離子，以及腐蝕產(chǎn)生的金 屬離子，結(jié)果以單位面積上的氯化鈉（NaCl）當(dāng)量數(shù)來表示。即這些離子性殘留物（只包 括那些可以溶入在溶劑）的總量，相當(dāng)于多少的 NaCl 的量，并非在PCBA的表面一定存在 或僅存在NaCl。測(cè)試一般都是采用IPC方法（IPC-TM-610.2.3.25），其中包括手工萃取法， 動(dòng)態(tài)（儀器）萃取法以及靜態(tài)（儀器）萃取法。沖洗（或萃取）溶劑（一般是 75±2％V/V異丙醇與DI 水，或者50±2％V/V 異丙醇與DI水，后者少用）沖洗PCBA 表面，將離子殘 留物溶解于溶劑中，小心收集溶劑，后測(cè)量其電導(dǎo)率（電阻率），如果使用儀器則自動(dòng)進(jìn)行。利用離子濃度的高低與電阻率變化的關(guān)系求得離子總量，然后除以PCBA的表面積，由此獲得單位面積PCBA上的離子污染值。（mgNaCl/cm2 ）這種測(cè)試一般事先用基準(zhǔn)的 NaCl 配成溶液，進(jìn)行校準(zhǔn)得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。

使用的混合劑電阻率必須大于6MΩ.cm.。沖洗萃取PCBA的殘留物時(shí)，使用的混合劑的量一般為1.5ml/cm2 ,最多不超過10ml/cm2 ，在操作時(shí)，收集的溶劑的體積是不嚴(yán)格的，但總的用于清洗的體積必須嚴(yán)格記錄，同時(shí)由于溫度對(duì)清洗效果及電阻率的測(cè)量影響極大，需說明測(cè)量時(shí)的溫度條件。此外對(duì)PCBA及PCBA面積的測(cè)量及計(jì)算統(tǒng)一為：未插裝元器件的裸板PCB：長×寬×2，而PCBA由于元件的緣故，表面積的另外最大增加到50％，但一般情況增加的量為原表面的10％。 

因此PCBA的結(jié)果中表示時(shí)同時(shí)應(yīng)注明 a.溶劑組成 b.靜態(tài)溶劑所用的溶劑體積或動(dòng)態(tài)溶 劑所用的流速，C.測(cè)試溫度。D.校準(zhǔn)情況，E.面積（計(jì)算方法）F.測(cè)試時(shí)間，G 所用儀器。另外靜態(tài)法與動(dòng)態(tài)法使用的儀器，主要儀器有Ion Chaser,Ionognagh 以及Omega Meter 等。它們與用手工萃取法獲得的結(jié)果的數(shù)分別為3.2/2.0/1.4,因此測(cè)量結(jié)果必須指明到儀器設(shè)備,此外動(dòng)態(tài)法是可以計(jì)錄儀器儀器萃取殘留物過程電阻率的變化情況，對(duì)了解殘留物的溶解過程有清晰的了解,并對(duì)選擇清洗工藝有幫助.

許多情況下,由于各種離子的殘留,對(duì)PCBA的可靠性影響是不一樣的.不僅需要知道殘留物離子的總量或當(dāng)量是不夠的。我們還需要知道影響較大的鹵素離子或其他離子時(shí),就采用另外一種方法來分析,即按 IPC-TM-610.2.3.28 規(guī)定,使用離子色譜儀對(duì)混合溶劑清洗（80 ℃，1h）下來的離子,逐個(gè)進(jìn)行測(cè)量分析.然后在換算成單位表面的離子殘留量,表2為美國某著名電器公司對(duì)空調(diào)主板表面的離子清潔度的要求.

3、松香殘留量的分析 

電子與電氣生產(chǎn)線焊接工藝技術(shù)要求中，特別是SMT工藝對(duì)PCBA松香殘留量有明確的要求，純松香的殘留對(duì)Class2 以下的產(chǎn)品一般不會(huì)帶來顯著的可靠性問題，因?yàn)樗旧淼碾娊^緣性較好，但是另一方面它可導(dǎo)致接觸件的接觸電阻增加，增加損耗甚至引起開路。何況它包裹的離子性物質(zhì)在松香表面老化后有溢出的可能性，因此從保證PCBA及至整機(jī)可靠性的角度，松香殘留物越少越好。該項(xiàng)目的分析采用 IPC－TM－610。2.3.27 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法。首先將使用的焊膏或松香 焊劑的松香提取出來。配制成不同濃度的溶液，用紫外分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，然后做成標(biāo)準(zhǔn)曲線。用同樣的溶劑浸泡清洗PCBA樣品，然后用紫外分光光度計(jì)測(cè)其吸光度，查標(biāo)準(zhǔn)曲線獲得殘留松香的濃度，最后獲得單位面積上的殘留量。 

4、其它有機(jī)物殘留物的測(cè)試 

PCBA上除松香外的其它有機(jī)物，通常為有機(jī)酸以及一些油脂類物質(zhì)一般采用IPC－TM －650 2.3.39 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法，即用高純乙腈將殘留物轉(zhuǎn)移到MIR測(cè)試盤的表面，等乙腈揮發(fā)后，用FT－IR方法測(cè)量，根據(jù)紅外光譜的特征吸收，鑒別各有機(jī)物的組成。 

三、合明科技PCBA電路板水基清洗劑

合明的PCBA電路板水基清洗劑在關(guān)注清洗力的同時(shí)兼顧材料兼容性。

下面為大家?guī)響?yīng)用實(shí)例：

合明清洗劑與其他清洗劑材料兼容性對(duì)比

（清洗后兼容性對(duì)比） 

以上清洗案例，僅供參考！

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