赵萍

（陕西烽火电子股份有限公司）

关键词：印制板组装件，清洁度，过程控制，清洗工艺，萃取测试

1引言

目前PCBA组装往小型化、微型器件方向发展。间距的减小增加了电磁场，电化学迁移的可能性将增加。小的间距同样增加了助焊剂残留或者表面污染充分桥接的可能性。怎样清洁才算干净就会因为电路板和元器件的引脚间距减小而变得更难以定义。

作者曾在《SMTChina表面组装技术》2022年4-5月刊，发表过《印制板组件清洁度的工艺控制》的文章论述。此文详细论述了如何建立生产过程中PCBA的清洗工艺控制。关于印制板组件的清洁度到底该如何测试，业内许多同行一直都希望有一个确定的测试，来判断PCBA的清洁度合格亦或是不合格。

2标准中关于清洁度监控的理解

2.1航天标准QJ165C依然沿用了QJ165B对清洁度监控的论述，存在以下几个问题：

1）表面离子残留物浓度测试依旧采用1.56ug（NaCl）/cm2当量的数值作为控制阈值。

2）标准并没有涉及到如何鉴定合格的清洗工艺（这和焊接工艺作为特殊工序类似）。

3）标准没有对测试方法作出详细的解释，没有SIR测试的温湿度具体条件与测试时间要求。参照的GB/T4677-2002标准主要是针对裸板的测试，这和印制板组件助焊剂焊接后的评估还是有差别。

4）对某些工艺参数的变更，应当进行清洁度的重新评估，标准没有区分哪些是主要变更和次要变更，对主要变更因素需要重新鉴定清洗工艺。

2.1J-STD-001H版标准，已明确不应当使用提取（萃取）测试（如表面离子残留物测试、离子色谱测试等）来鉴定制造工艺的清洁度。那作为工艺工程师需要明确几个问题：

为什么萃取测试不适合鉴定印制板组件的清洁度？

SIR(表面绝缘电阻测试)虽可以表征清洁度，但为何不适合作为生产过程中PCBA的清洗工艺控制？

如何做好生产过程的清洁度监控？

决定清洗工艺的相关因素都有哪些？

本文将从以上几个问题来论述。

3为什么萃取测试不适合鉴定印制板组件的清洁度？

3.1萃取测试都有哪些

基于萃取的测试

测试原理

表面离子残留物测试（ROSE）(IPC-TM-650，测试方法2.3.26)

测试基板浸泡在由异丙醇（75%）和去离子水（25%）组成的常温溶液中，浸泡时间一般是10min。

溶液循环通过导电槽和阴离子/阳离子色谱柱。随着测试组件上导电性残留物被萃取溶解出来，IPA/水溶液的导电性增强，测试设备会记录萃取溶液初始和最终的电阻率。

清洁度测试仪在如何记录萃取过程上存在差异。初始和最终的电阻率的差值，等价于相同氯化钠溶液下降的电阻值。

有“静态法”和“动态法”两种不同积累残留物的测试方式。

离子色谱测试（IC）

（根据IPC-TM-650，测试方法2.3.28）

标准的IC测试萃取使用异丙醇（75%）和去离子水（25%）溶液，该溶液与ROSE测试用溶液相同，但萃取时间为60min，萃取温度为80°C。

将少量的萃取溶液（微升）注射至载体溶液中，称为洗脱液。该未知溶液将最终分离成纯的各种组成成分。当各成分溶液分阶段流过层析柱后，将记录电导率并形成一系列各成分的特征峰。电导率和时间形成的测试结果图称为色谱图。通过比较标配溶液的响应，可识别和量化出该溶液组成的成分。

适用于局部失效分析，残留离子物的种类。

松香助焊剂残留物测试（根据IPC-TM-650，测试方法2.3.38）

通常使用在高固态含量（15%）松香助焊剂的实例中，以判定清洗之后的松香成分的残余量。

因为水溶性荧光物质（WSF）和低固态助焊剂的松香成分相当低，所以很少有足够的松香残留量可供测试。

松香残留物的测试方法不推荐用于测试“无松香”助焊剂。许多水溶性荧光物质（WSF）和低松香残留助焊剂将松香作为组成物，但浓度远低于传统的高固态RMA或RA助焊剂。再流焊接结束后，极少数松香残留物可被萃取，故残留松香测试将很难给出有用的结果。

高效液相色谱测试（HPLC）、傅立叶变换红外光谱测试（FT-IR）

3.2“NaCl当量”的含义

理解“NaCl当量”的含义，对我们理解ROSE测试方法有重要意义。比如，开始萃取溶液的电阻率为60MΩ-cm，最终萃取溶液的电阻率降为5MΩ-cm，下降了55MΩ-cm。假设使用的测试基板的表面面积为100cm2，如果使用500μg氯化钠产生相同的55MΩ-cm的溶液电阻率下降，那么ROSE测试输出结果将会是每100cm2面积500μg的NaCl，或是5μg/cm2氯化钠当量。该“等价”指的是在电阻率上的等效下降差值，而不是组件上NaCl的当量值。

因此，ROSE测试不是判定测试基板上有氯化物，或氯化钠。ROSE测试也不是测试离子类型，不能得出这样的结论。“NaCl当量”这只是一个等效测试值。

3.3基于萃取的测试不能作为清洁度判定的原因

基于萃取的测试将测试样品浸入溶剂（通常为异丙醇和水）中或使用溶剂对测试样品进行洗涤，然后计算残留物含量。

1）如果残留物不溶于异丙醇或水，不影响萃取液的电导率，则无法检测到。

2）如果残留物在萃取时间内不溶解，在萃取温度下不溶解，则无法检测到。

3）只能测试溶解到测试液中的离子类残留物。

4）制造和组装过程产生的残留物在回流焊、波峰焊等工艺过程中会被烘烤，并残留在层压板或阻焊层表面上，或进入层压板或阻焊层内。除非采取更有效的萃取方法（时间更长，温度更高，溶解度更高）来萃取更顽固的残留物，否则可能将错误地得出测试样品已经被充分萃取（实际未清洗干净）的结论。

所以，即使通过了萃取的测试规定的阈值，也并不能证明印制板组件不会发生电化学失效的风险。

4SIR(表面绝缘电阻测试)为何不适合作为生产过程中PCBA的清洗工艺控制？

SIR测试是一种加速老化的测试方法，将测试板或者测试组件施以外加电压，然后将PCBA暴露在高温高湿环境中。这样做的目的是为了在相对短的时间内，就可获取现场应用时才能发生的加速电化学的失效机制。失效机制包括电解腐蚀、漏电流和金属迁移（晶须生长）。SIR测试一般需要在质量合格的附连测试板、标准测试板或者实际的产品上进行。

但SIR测试不能作为日常生产时的清洁度测试工具。标准规定的测试时间最短也达到168小时或者500小时。加速老化的测试方法只能用做验证试验。故SIR测试并不能用于日常生产过程中对清洁工艺的监控。

5如何做好生产过程的清洁度监控？

这部分内容在《印制板组件清洁度的工艺控制》文章中有详细论述，在本中不再做论述。归纳下来分几步做好日常生产过程的清洁度监控。理解以下每一步的工艺过程很重要，落实到位，生产过程的清洁度监控才能有效可控。

6决定清洗工艺的相关因素都有哪些？

不同设备、清洗剂的选择决定了不同的清洗工艺质量。建立清洗工艺需要考虑如下相关

因素：1）电子组件/产品可靠性等级要求；2）环保安全及职业健康因素；3）开展清洗工艺经济成本因素；4）组装方式及不同助焊剂类型影响；5）清洗设备的选择；6）清洗剂的选择。建立一套有效可靠的清洗工艺，是以上多方面因素共同作用的结果。

7结论

2）清洁度过程控制如同焊接时的过程控制一样，使失效风险在可控制的范围内。

3）离子污染度测试还是生产过程中，清洁度控制的最有效的监控手段，SIR测试可以辅助我们找到离子污染度测试的控制阈值。我们应该了解清洗相关的测试种类较多，每一项测试都有它的适用范围和局限性。

参考文献

[1]J-STD-001HCN，焊接的电气和电子组件要求[S]，2020年9月

[2]IPC-AJ-820ACN，组装和连接手册[S]，2012年2月

[3]IPC-WA-019ACN，综述全球离子洁净度要求的变更[S]，2018年9月

[4]赵萍.印制板组件清洁度的工艺控制[J].SMTChina表面组装技术，2022,4/5，50-52.