电子产品是由各种电子元器件组装在印制板上，进而组合成整机。最基本的组装过程是印制电路板组件（简称PCBA）组装（也称电装），PCBA组装中软钎焊（即锡焊）过程是影响电气性能和可靠性的重要环节。根据中国赛宝实验室可靠性研究分析中心提供的PCBA电装品质问题分析统计，腐蚀、电迁移引起的短路、断路等后期使用失效问题占4%，是产品可靠性的几大杀手之一。

 过去人们对于清洗的认识还不够，主要是因为电子产品的PCBA组装密度不高，认为助焊剂残留是不导电的、良性的，不会影响到电气性能。

 现如今的电子组装件设计趋于小型化，更小的器件，更小的间距，引脚和焊盘都越来越靠近，存在的缝隙越来越小，污染物可能会卡在缝隙里，这就意味着比较小的微粒如果残留在两个焊盘之间有可能引起短路的潜在不良。

   近两年来的电子组装业对于清洗的要求呼声越来越高，不但是对产品的要求，而且对环境的保护和人类的健康也较高要求，由此催生了许许多多的清洗设备供应商和方案供应商，清洗也成为电子组装行业的技术交流研讨的主要内容之一。

 清洗的现状

2.1 PCBA的污染

 污染物的定义为任何使PCBA的化学、物理或电气性能降低到不合格水平的表面沉积物、杂质、夹渣以及被吸附物。主要有以下几个方面：

（1）构成PCBA的元器件、PCB的本身污染或氧化等都会带来PCBA板面污染；

（2）PCBA在生产制造过程中，需使用锡膏、焊料、焊锡丝等来进行焊接，其中的助焊剂在焊接过程中会产生残留物于PCBA板面形成污染，是主要的污染物；

（3）手工焊接过程中会产生的手印记，波峰焊焊接过程会产生一些波峰焊爪脚印记和焊接托盘（治具）印记，其PCBA表面也可能存在不同程度的其它类型的污染物，如堵孔胶，高温胶带的残留胶，手迹和飞尘等；

（4）工作场地的尘埃，水及溶剂的蒸气、烟雾、微小颗粒有机物，以及静电引起的带电粒子附着于PCBA的污染。

以上说明污染物主要来源于组装工艺过程，特别是焊接工艺过程。
  在焊接过程中，由于金属在加热的情况下会产生一薄层氧化膜，这将阻碍焊锡的浸润，影响焊接点合金的形成，容易出现虚焊、假焊现象。助焊剂具有脱氧的功能，它可以去掉焊盘和元器件的氧化膜，保证焊接过程顺利进行。所以，在焊接过程中需要助焊剂，助焊剂在焊接过程中对于良好焊点的形成，足够的镀通孔填充率起着至关重要的作用。

     焊接中助焊剂的作用是清除PCB板焊接表面上的氧化物使金属表面达到必要的清洁度，破坏融锡表面张力，防止焊接时焊料和焊接表面再度氧化、增加其扩散力，有助于热量传递到焊接区。助焊剂的主要成份是有机酸、树脂以及其他成分。高温和复杂的化学反应过程改变了助焊剂残留物的结构。残留物往往是多聚物、卤化物、同锡铅反应产生的金属盐，它们有较强的吸附性能，而溶解性极差，更难清洗。

  TW-CL2000全自动水清洗机是一款节能环保、批量清洁的一体化综合性高端清洗机，能自动完成清洗、漂洗、烘干功能。

主要用于航空、航天、电子、医疗、新能源、汽车等军工和高端产品的多品种、小批量PCBA板的清洗，能有效清洗SMT/THT的PCBA焊接后表面残留的松香助焊剂、水溶 性助焊剂、免清洗型助焊剂/焊膏等有机、无机污染物。

TW-CL2000专业清洗污染物/残留 物 污染/残留物组成与类型：

1、离子残留物：

助焊剂活性剂、残留电镀盐、蚀刻材料、操作过程污染、水溶性助焊剂成分等；

2、非离子残留物：

助焊剂、油、脂、亲水物质、焊接化学反应残留、松香、合成树脂、免洗焊剂有机化合物、锡丝焊剂增塑剂、指纹油、元器件释放剂、不可溶的无机物化学成分、锡膏流变添加剂等；

3、微小颗粒残留物：

锡球、锡渣、助焊反应产品（白色残留物）、水解式氧化松香、基板玻璃纤维、 阻焊材料、操作污染、PCB钻孔粉尘、空气灰尘等。

污染的危害

  污染可能直接或间接引起PCBA潜在的风险，诸如残留物中的有机酸可能对PCBA造成腐蚀；残留物中的电离子在通电过程中，因为两焊盘之间电势差的存在会造成电子的移动，就有可能形成短路，使产品失效；残留物会影响涂覆效果，会造成不能涂敷或涂覆不良的问题；也可能暂时发现不了，经过时间和环境温度的变化，出现涂层龟裂、翘皮，从而引起可靠性问题。

（1）腐蚀案例见图1所示

  经电子探针分析，发现焊点表面除了碳氧及铅锡成份外，还有检测到超出正常情况含量的卤素（Cl）。这种卤素离子的作用，在空气与水分的帮助下，对焊点形成循环腐蚀，最终在焊点表面及周边形成白色多孔的碳酸铅，失效部位的焊点已经发白变色且多孔。如果PCBA组装时由于使用了铁底材底引线脚底元器件，铁底材由于缺乏焊料底覆盖，在卤素离子以及水分的腐蚀下很快产生Fe3＋，使板面发红。

                    图1 腐蚀
  另外，在潮湿环境下，具有酸性的离子污染物还可以直接腐蚀铜引线、焊点及元器件，导致电气失效。

  如果在PCBA表面有离子污染存在，极易发生电迁移现象，出现离子化金属向相反电极间移动，并在反向端还原成原来的金属而出现树枝状现象称为树枝状分布（树突、枝晶、锡须），枝晶的生长有可能造成电路局部短路。

  如果PCBA上使用了含银的焊料，在银腐蚀成银离子后，电迁移更易发生，电迁移失效的PCBA在进行必要的清洗后功能常常恢复正常。

电接触不良案例见图2所示     

  在PCBA的组装工艺中，一些树脂比如松香类残留物常常会污染金手指或其它接插件，在PCBA工作发热时或炎热气候下，残留物会产生粘性，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以及镍层表面富磷层的存在降低了焊点与焊盘的机械结合强度，当受到正常应力作用时发生开裂，造成电接触失效。

      图2 BGA焊点开裂造成电接触不良

2.3 污染物分类   

 PCBA上的污染物主要是依靠物理键结合与化学键结合产生。所谓“物理键”结合，是指污染物与PCB表面之间以分子间力相结合。通常物理键键能相对较低，一般在0.8×103～2.1×104J/mol之间。附着在PCB上的松香、树脂、残胶等属于物理键结合。所谓“化学键”结合，是指污染物与PCB表面之间发生化学反应、形成原子之间的结合，生成离子化合物或共价化合物，如松香酸与金属形成的松香酸盐等。化学键的键能较强，在（4.2～8.4）×105J/mol之间。

对于PCBA的污染物，一般分为三大类型：

（1）极性污染物（也叫无机污染物、离子性残留物、离子污染物）     

PCBA上的这种污染物是在一定条件下（放在溶液中时）可以电离为带正电或负电的离子的一类物质，如卤化物、酸及其盐。不同的离子污染物在不同的溶液中会以不同的速率分离为正负离子。

在潮湿的环境中，当电子部件加电时，极性污染物的离子就会朝着带相反极性的导体迁移，可在导体之间（如焊好的引脚之间）形成树枝状金属物质，引起导体之间的绝缘电阻下降，增加焊点或导线间的漏电流，甚至发生短路。

离子污染物主要有以下几种：

FluxActivators 助焊剂活性剂

Perspiration汗液

IonicSurfactants离子表面活性剂

Ethanolamines乙醇胺

OrganicAcids有机酸

Plating Chemistries电镀化学物质

（2）非极性污染物（也叫有机污染物、非离子污染物）     
  PCBA上的这种污染物本身不导电，在电路板上可能相当于一个电阻（绝缘体），可以阻止或减小电流的流通。最典型的是松香本身的树脂型残渣，波峰焊中的防氧化油，贴片机或插装机的油脂或蜡，焊接工艺过程中夹带的胶带残留物以及操作人员的肤油等。这些污染物自身发粘，吸附灰尘。这些有机残留物（如松香、油脂等）会形成绝缘膜，会防碍连接器、开关、继电器等的接触表面之间的电接触，这些影响会随环境条件的变化及时间延长加剧，引起接触电阻增大，造成接触不良甚至开路失效。有时松香覆盖在焊点上还有碍测试，特别是非极性污染物在极性污染物的配合下，还会加剧污染的程度。

离子污染物主要有以下几种：

Rosin松香

Oils油Greases油脂

HandLotion 洗手液

Silicone硅树脂

Adhesive胶

（3）粒状污染物     

 粒状污染物通常是工作环境中的灰尘、烟雾，棉绒、玻璃纤维丝和静电粒子等在 PCB 上留下的尘埃、以及焊接时出现的焊球或锡珠锡渣。它们也能降低电气性能或造成电短路，对电子组装产品造成危害。粒状污染物可以采用机械方式如高压气体喷吹、人工剥离、清洗多种方式来去除。

2.4 清洗的必要性

（1）外观及电性能要求   

 PCBA上的污染物最直观的影响是PCBA的外观，如果在高温潮湿的环境中放置或使用，有可能出现残留物吸湿发白现象。由于在组件中大量使用无引线芯片、微型BGA、芯片级封装（CSP）和0201元件，元件和电路板之间的距离不断缩小，板的尺寸变小，组装密度越来越大。事实上，如果卤化物藏在元件下面或者元件下面根本清洗不到的地方，进行局部清洗可能造成因卤化物释放而带来的灾难性后果。这还会引起枝晶生长，结果可能引起短路。     

  离子污染物如果清洗不当会造成很多问题：较低的表面电阻，腐蚀，导电的表面残留物在电路板表面会形成树枝状分布（树突），造成电路局部短路，如图3所示。

      图3 由离子污染引起的树枝状的扩散树突导致短路

 对于军事电子装置使用可靠性而言，一个重大威胁是锡须和金属互化物。这个问题一直都存在。锡须和金属互化物最后会引起短路。在潮湿的环境和有电的情况下，如果组装件上的离子污染过多，可能会造成问题。例如由于电解锡须的生长，导体的腐蚀，或者绝缘电阻降低，会引起电路板上的走线短路，如图4所示。

图4 由离子污染引起的电解锡须的生长导致短路

非离子污染物清洗不当，也同样会造成一系列问题。可能造成电路板掩膜附着不好，接插件的接触不良，对移动部件和插头的物理干涉和敷形涂层附着不良，同时非离子污染物还可能包裹离子污染物在其中，并可能将另外一些残渣和其它有害物质包裹并带进来。这些都是不容忽视的问题。

（2）三防漆涂覆需要     

要使得三防漆涂覆可靠，必须使PCBA的表面清洁度符合IPC-A-610E-2010三级标准要求。在进行表面涂覆之前没有清洗掉的树脂残留物会导致保护层分层，或者保护层出现裂纹；活化剂残留物可能会引起涂层下面出现电化学迁移，导致涂层破裂保护失效。研究表明，通过清洗可以增加50%涂敷粘结率。

（3）免清洗也需要清洗     

  按照现行标准，免清洗一词的意思是说电路板上的残留物从化学的角度上看是安全的，不会对电路板产生任何影响，可以留在电路板上。检测腐蚀、表面绝缘电阻（SIR）、电迁移还有其他专门的检测手段主要是用来确定卤素/卤化物含量，进而确定免清洗的组装件在完成组装后的安全性。不过，即使使用固含量低的免清洗助焊剂，仍会有或多或少的残留物。对于可靠性要求高的产品来讲，在电路板上是不允许存在任何残留物或者其他污染物的。对于军事应用来讲，即使是免洗电子组装件都规定必须清洗。

3 清洗的原理   

  清洗就是清除污染物的过程，主要是采用溶液清洗方法，通过污染物和溶剂之间的溶解作用或化学反应，破坏污染物与PCB之间的物理键或化学键的结合力，从而达到分离污染物的目的，将污染物从PCBA上去除。不论是松香还是有机酸以及它们的锡盐或铅盐，都有一定的溶解度，通过从电路板面向清洗剂里转移这一过程完成残留物的去除。在溶解过程中，提高清洗剂温度或辅以超声波以及刷洗，都会加快清洗速度和提高清洗效果。

PCBA装焊后的清洗是一项增值的工艺过程，其主要任务是清除焊接之后的助焊剂残余物、胶带的残胶及其他人为污染，目的是提高PCBA的使用可靠性。这在过去曾被认为是不增值的劳动，现在看来是错误的认识。   

PCBA的清洗，分为贴装（SMT工段）的清洗、插装（THT工段）的清洗，清洗可以去除产品在各道加工过程中表面污染物的堆积，并且可以降低产品可靠性在表面污染物方面的风险。清洗PCBA，首先要确定的是清洗剂与电路板在焊接过程中产生的残留物相匹配，即要解决助焊剂残留与清洗剂的兼容性，以便能容易将残留去除并达到满足清洁度的目标。一个有效的清洗工艺，必须保证焊接温度曲线参数、清洗工艺设置参数、焊膏焊料及助焊剂所有参数都达到最佳匹配范围。   

对于波峰焊焊接有可能过炉后的助焊剂、阻焊膜二者间有所反应造成暗污印迹，污染物用手触及明显感到发粘，一般的清洗剂洗不掉。还可能波峰焊温度曲线不合理，如果预热温度过高，助焊剂会玻璃化，使它不能起助焊作用，会在板上形成一层不可接受的污染物。采用化学溶剂的清除助焊剂焊接残留物的溶解过程大多数是依靠碱性PH值的清洗剂，清洗剂中含有金属离子，这些金属离子可以促进化学反应形成铅盐，有些铅盐Pb(NO)3易溶于水，其他的则不溶于水，这些铅盐聚集在PCBA表面形成了白色沉淀物。     

随着技术的进步和法规的变化，清洗产品将面临越来越多的挑战，现工业清洗行业使用的氟利昂、氯代姪等ODS (JgCFC-113,1.1.1-三氯乙烷，四氧化碳)物质，严重破坏地球高空臭氧层，危害人类生态环境，是国际上《关于臭氧层耗损特质的蒙特利尔议定书》限期停止生产和使用的物质。为此我们研发了无铅环保清洗剂 TW-2000-8系列。 该产品适用于半导体硅片、印刷电路板、精密零件、液晶材料、光学镜片、离子镀膜零件、PCBA、SMT钢网， 磁性材料等清洗领域去除无机杂质、油污、松香及其他树脂焊剂等污染物。其性能稳定，无毒性、快干、 清洗效率高。对金属、塑料及橡胶品无腐蚀作用。

一般电子产品PCBA的组装要经过SMT+THT工艺流程，其间要经过波峰焊焊接、回流焊焊接、手工焊接及其他焊接过程，不管是什么方式的焊接，组装（电装）工艺过程都是主要的组装污染来源。清洗就是一个焊接残留物的溶解去除过程，清洗的目的是通过保证良好表面电阻、防止漏电，从而在本质上延长产品寿命。     

从不断发展的电子产品市场可以看出，现代和未来的电子产品将会变得越来越小，对高性能和高可靠性的要求将比以往任何时候都更为强烈。彻底清洗是一项十分重要而技术性很强的工作，它直接影响到电子产品的工作寿命和可靠性，也关系到对环境的保护和人类的健康。要从整个生产工艺系统的角度来重新认识和解决焊接清洗问题，方案的实施要配合助焊剂、焊料焊膏、焊锡丝等焊接材料的使用，使有机溶剂、无机溶剂及其混合溶剂或者水洗或者免清洗与其做到匹配，才能有效除去残留，使清洗洁净度较容易得以满足顾客期望。