PCBA清洗工艺：提升产品可靠性的关键环节

在PCBA制造过程中，清洗工艺是确保产品质量和长期可靠性的重要环节。随着电子产品向高密度、小型化方向发展，PCBA表面的污染物控制要求越来越高，清洗工艺已成为决定产品性能的关键因素。

PCBA清洗的必要性

PCBA在生产制造过程中会残留多种污染物，主要包括助焊剂残留物、锡膏残留、灰尘、油脂等。这些污染物若不及时清除，可能引发以下问题：

• 离子污染物的危害：残留物中的有机酸会腐蚀电路板，离子污染物在通电过程中可能发生电迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏电路功能。在潮湿环境下，酸性离子污染物还会直接腐蚀铜引线、焊点及元器件，导致电路失效。
• 非离子污染物的影响：松香类残留物会污染金手指或其他接插件，在PCBA工作发热时产生粘性，易于吸附灰尘或杂质，引起接触电阻增大甚至开路失效。BGA焊点中PCB面焊盘镍层存在腐蚀会降低焊点与焊盘的机械结合强度，造成电接触失效。
• 外观与性能影响：污染物最直观的影响是PCBA的外观，在高温高湿环境中可能出现残留物吸潮发白现象。同时，污染物会影响三防漆涂覆效果，导致保护层分层或出现裂纹。

PCBA清洗标准与要求

根据IPC标准，PCBA清洗后的洁净度需满足以下要求：

• 离子污染控制：离子污染物含量应≤1.56μg/cm²氯化钠当量，萃取电阻率>2×10⁶Ω·cm。对于高可靠性产品，离子污染物要求通常更严格，约≤0.2μg/cm²。
• 外观要求：PCBA表面应无可见残留物、灰尘、纤维、焊料飞溅物、锡渣、白色残留物等。焊点及其周围应无可见残留物和粘手液体，金属表面不应有彩色残留物或生锈现象。
• 涂覆要求：在进行三防漆涂覆之前，PCBA表面清洁度必须符合IPC-A-610E-2010三级标准要求。研究表明，通过清洗可以增加50%涂覆粘结率。

常用PCBA清洗方法

全自动在线式清洗

适用于大批量PCBA清洗，采用全自动化的清洗设备置于电装产线，通过不同的腔体在线完成化学清洗、水基漂洗、烘干全部工序。工艺流程为：入板→化学预洗→化学清洗→化学隔离→预漂洗→漂洗→最终喷淋→风切干燥→烘干。清洗过程中，PCBA通过传送带在不同溶剂清洗腔体内移动，清洗液必须与元器件、PCB表面、金属镀层等材料兼容。

半自动离线式清洗

适用于小批量多品种PCBA清洗，通过人工搬运可设置在产线任何地方，离线在一个腔体内完成化学清洗、水基漂洗、烘干全部工序。PCBA通常需夹具固定或放在篮子里进行，清洗液必须与各种材料兼容。PCBA在清洗篮中的放置密度和放置倾角对清洗效果有直接影响。

手工清洗

适用于小批量样品PCBA清洗，通过温度控制，在一个恒温槽内完成化学清洗。手工清洗需使用防静电毛刷、清洁棉布等工具，配合合适的清洗剂进行局部或全面清洗。需要注意的是，超声波清洗虽然投资少、便于实施，但在航天军工领域限（禁）用，不应用于清洗电气或电子部件。

清洗剂的选择

• 水基清洗剂：环保、无毒、无闪点，适合广泛应用。通过添加表面活性剂、洗涤助剂等成分，可有效去除大部分残留物。适用于对环保要求较高的生产线，特别是含有敏感元件的PCBA清洗。
• 溶剂型清洗剂：去污能力强，能快速溶解顽固污渍。但易燃、有毒，使用时需严格遵守安全操作规程，并配备相应的防护措施。
• 半水基清洗剂：结合了水基和溶剂型清洗剂的特点，既环保又有较强的去污能力。适用于需要高效清洗但又不能忽视环保要求的场景。

清洗工艺常见问题与解决方案

• PCBA清洗后板面发白：可能原因是焊接使用的助焊剂是不可清洗型助焊剂，或PCB板预涂料的助焊剂与现用助焊剂引发不溶物，或清洗剂使用时间过长过脏。解决方案是更换可以清洗型助焊剂，或更换新的清洗剂并注意经常更换。
• 清洗后贴片IC脚有残留物：可能原因是贴片使用的锡膏不可清洗，或超声波清洗时间不够，或清洗剂使用时间过长过脏。解决方案是换用可以清洗型锡膏，或适当增加超声波清洗时间，或换用新清洗剂。
• 清洗后IC脚发黑：可能原因是脱锡助焊剂含过量卤素，或锡膏产生腐蚀造成引脚氧化。解决方案是使用无卤素或专用助焊剂脱IC锡，或使用低腐蚀性锡膏。
• 清洗后PCB板面发灰、有水纹残留：可能原因是清洗剂使用时间过长，或清洗剂中含有过量的水，或清洗后再干燥过程中有空气水分冷凝造成污染。解决方案是注意更换清洗剂的频率，尽量避免空气中的水分影响，检查水的来源和超声波清洗机的水分离器。

清洗工艺的注意事项

• 清洗时机：PCBA焊接后应尽快进行清洗，因为焊剂残留物会随着时间逐渐硬化并形成金属卤酸盐等腐蚀物。一般建议在焊接完成后1小时内进行清洗。
• 温度控制：清洗时水温应控制在60-70℃，清洗剂温度过高可能导致元器件损坏，温度过低则清洗效果不佳。
• 干燥处理：清洗完成后，PCBA应放入40-50℃的烘箱中烘烤干燥20-30分钟，清洗件未干燥前不应用裸手触摸器件。
• 防静电措施：清洗过程中必须采取防静电措施，避免产生静电对电子元件造成损害。操作人员应佩戴防静电腕带、手套，使用防静电毛刷等工具。
• 设备维护：清洗设备需定期维护，喷淋头需每周拆卸清洁，防止堵塞导致清洁不均。清洗剂需定期更换，避免污染物积累影响清洁效果。

清洗效果检测

PCBA清洗后需进行洁净度测试，主要检测项目包括：

• 离子污染度测试：使用离子污染测试仪检测残留量，要求<1.56μg/cm²氯化钠当量。对于高可靠性产品，要求通常更严格。
• 外观检查：目视检查PCBA表面应无可见残留物、灰尘、纤维、焊料飞溅物、锡渣等。焊点及其周围应无可见残留物和粘手液体。
• 涂覆测试：在进行三防漆涂覆前，需测试表面清洁度是否符合涂覆要求，确保涂层附着力良好。

行业发展趋势

随着电子产品向高密度、小型化、高可靠性方向发展，PCBA清洗工艺呈现以下趋势：

• 环保化：水基清洗剂和半水基清洗剂逐渐取代溶剂型清洗剂，符合环保要求，减少对环境的污染。
• 智能化：全自动在线式清洗设备应用越来越广泛，通过智能化控制实现清洗参数的精确调节，提高清洗质量和效率。
• 高精度化：针对高密度组装、微小间距的PCBA，清洗工艺需要更高的精度和更严格的控制，确保清洗效果满足高可靠性要求。
• 标准化：行业标准不断完善，对PCBA清洗的洁净度要求越来越明确和严格，推动行业向规范化方向发展。

PCBA清洗工艺作为电子制造的重要环节，直接关系到产品的质量和可靠性。选择合适的清洗方法、清洗剂和设备，严格控制清洗工艺参数，是确保PCBA产品质量的关键。随着技术的不断进步和行业标准的完善，PCBA清洗工艺将继续向更环保、更智能、更高精度的方向发展。