小尺寸、轻型 PCBA 无损伤水清洗的研究

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随着电子技术的发展，航天电子产品越来越向小型化、高密度、高可靠性的方向发展。PCBA 作为其中重要的部件之一，在生产过程中受操作、焊接、原材料和工作环境等因素影响，易产生离子或非离子污染。当PCBA 暴露于潮湿环境或有潜在电势条件下，污染物会引起漏电流、电解腐蚀和电化学迁移，对产品的寿命和稳定性产生影响。因此，PCBA 装配完成后要进行清洗， 清除表面的助焊剂、汗迹、灰尘等污染物和多余物。特别是在涂覆三防漆前必须将 PCBA 上的污物清洗干净， 否则即使涂了三防漆也无法起到保护的作用。


! ~' D5 a( I8 ^/ n4 Z1清洗方式
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目前生产中采用的清洗方式主要是手工溶剂清洗和全自动水清洗机清洗。手工溶剂清洗工艺简单，但随着 PCBA 上元器件组装密度越来越大，特别是 BGA 和QFN 等封装形式的新型封装元器件引脚密集，焊点在本体之下，这种清洗工艺存在以下不足 ：①元器件与基板之间微小间隙无法彻底清洗 ；② BGA 等引线密集、焊点不可视等部位无法彻底清洗 ；③耗时长，工效低。
  p3 A$ w8 g. E! m本文中清洗 PCBA 的全自动水清洗机，是以去离子水为清洗介质，调配一定量的清洗剂，通过水清洗机进行加热、喷淋、喷射等理化手段清除 PCBA 上的助焊剂、灰尘、汗迹等污染物，是一种较先进、高效的清洗方式。全自动水清洗机采用框架结构放置 PCBA，每根框架之间可调的最小间距是 20 mm，框架上的卡槽间距固定是 40 mm。小尺寸、轻型 PCBA 在清洗过程中， 由于清洗机的喷淋压力不可调节，会产生不小的冲击力， 若清洗前不采取固定措施，容易发生 PCBA 位移，严重时会造成其上的器件或基板损坏 ；若采用绑扎固定，绑扎过程比较繁琐，批量清洗较费时。针对具有平行对边的小尺寸、轻型 PCBA 进行无损伤水清洗研究，实现对此类 PCBA 的高效清洗、高清洗质量和无损伤水清洗。


& W) Q- J0 R/ |6 {8 y. b& ?2研究过程


2.1确定 PCBA 的规格
9 T0 T8 m% f/ R; A* m4 p以 PCBA 的厚度为依据，梳理出清洗量大的具有平行对边的小尺寸、轻型 PCBA 规格有两种 ：1.0 mm 和 2.0 mm。基板材料主要是 FR-4 板和复合介质板等。
( _9 o, Q1 l& {- q% Z$ g2 I2.2试制无损伤 PCBA 固定装置
+ e; j* b  q# Y  t. B! H. A5 E通过调研拟采用固定装置装夹小尺寸、轻型 PCBA满足无损伤水清洗的要求。固定装置需满足的要求有 ：
: x9 v/ m2 ?6 `4 q$ d4 e6 Z①与清洗工况（耐清洗溶剂，无污染性、耐温性）的兼容性良好 ；②通用性强，其结构能放置不同长、宽尺寸的 PCBA， 清洗过程中 PCBA 不会发生位移 ；
$ F; H8 O9 w# z* o4 F9 X③ PCBA 的水清洗质量达到离子残留物含量不大于1.56 μg(NaCl)/cm2。通过调研，最终确定固定 PCBA 的方案，为进一步确定该方案是否满足上述要求，先制作了适合清洗板厚度为 1.0 mm 的固定装置进行清洗试验。
  ]! Y+ B+ _* X- I5 ~2.3耐清洗溶剂试验
: S: T% `8 |+ Q/ y9 |# S制作固定装置的材料是环氧玻璃布层压板。本单位产品的清洗参数是 ：体积浓度 10% 的清洗溶剂，清洗温度 50 ℃，清洗时间 10 min。为验证材料与清洗溶剂的兼容性，配制体积浓度 30% 的清洗溶剂，清洗温度50 ℃，浸泡时间最长至 60 min。具体试验结果见表 1。经过测试可知：该材料能耐受清洗溶剂，不变形，不腐蚀。
2.4装夹通用性
固定装置内有数个装夹板，装夹板可自由移动调
  
洗完毕后，再进行反冲洗，清洗剂从清洗槽中通过清洗泵输送到要清洗的换热器入口，进入换热器后，将板片内壁结垢进行溶解、剥离、分散，再从上侧口流入到清洗槽中建立循环清洗系统，流入清洗槽出入口添加过滤装置，避免清洗出的污垢再次进入换热器。
( p- ]5 P! j* g清洗工艺 ：清洗系统试循环—预处理—除垢清洗— 漂洗—钝化—水压试验。
9 e2 P( Q6 @6 ]  ~8 n, L( ]9 q（1）清洗系统试循环。运行清洗系统进行运转试验，检查设备设施各连接处有无渗漏、用电设备运转是否正常、调节阀门是否开关灵活、有无其他异常情况。
5 H; X8 T; b- E, p$ P/ U+ N（2）预处理清洗。0.2% 预处理剂，温度 ：常温，时间 ： 2~3 h。每 1 h 分析 1 次 pH 值，并记录系统流量，压力， 温度。（3）水清洗。预处理结束排放完后，用除盐水冲洗至 pH ＜ 8.0，即可结束。（4）除垢清洗。用 0.3% 的Lan-826 缓蚀剂，3% 的专用清洗剂、高价铁离子腐蚀抑制剂，配制成标准清洗液进行循环清洗，清洗过程中每隔 30 min 对清洗剂浓度、铁离子（Fe3+ 和 Fe2+）浓度进行化验测定，清洗时间 ：3~4 h ；温度 ：常温。清洗剂浓度无明显变化时，即为除垢清洗结束。清洗结束后， 取出清洗箱中的腐蚀指示片，立即用水冲洗，用 pH 值等于 9.5 的氨水浸泡 3 min，取出后放入干燥器内，干燥 2 h 后称重并计算腐蚀速率。（5）漂洗。加入 0.3%的 Lan-826 缓蚀剂、0.2% 的洁净漂洗剂，进行洁净漂洗。
- f4 H- n' ^# Q. {* i（6）钝化。调整 pH 值至 9~9.5 左右，加入 1.5% 的钝化剂进行钝化，时间：2 h。（7）水压试验。依据设备资料，进行相应压力数值的水压试验，并保持压力 30 min，压力无下降符合要求。
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8清洗质量验收标准
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根据 HG/T25146-2010《工业设备化学清洗质量验收规范》要求，腐蚀率 ：不锈钢类不大于 1.5g/m2 · h， 腐蚀量 ：不大于 20 g/m2。检验方法为清洗槽中悬挂标准腐蚀试片法。水压试验合格方可投入使用。

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目前生产中采用的清洗方式主要是手工溶剂清洗和全自动水清洗机清洗