清洗制程在电子产品制造行业的应用

洗濯工艺在电子产品制造领域的运用十分广泛，由来已久。
早期洗濯采取气相洗濯，其基本事情事理是选用得当的溶剂置于槽中，对其加热使其汽化。

将待洗濯之产品悬挂于槽上方，汽化的溶剂打仗到产品冷凝变成液态，带走产品上助焊剂残留物、异物等进入溶剂槽。
加热后再次汽化，而助焊剂、异物等不会被汽化而留在槽内，汽化的永久是纯净的溶剂。
此洗濯工艺效率高，溶剂可反复长期利用，本钱低，是空想的洗濯方案。
但选用的溶剂汽化后会逃逸到大气中，毁坏地球的臭氧层，对环境有一定毁坏浸染，1987年通过的蒙特利尔协议规定禁止利用此类物质，于1989年正式履行，禁用了CFC / HCFC等对大气层有毁坏的溶剂类物质。
上世纪90年代，业界盛行的洗濯剂是单一醇类、异丙醇（IPA）、丙酮、碳氢系洗濯剂，其洗濯效果也比较空想，效率高、本钱低。
但洗濯产生大量的废液，废液处理成为环保哀求的巨大障碍。
此阶段中国大陆电子制造家当正处于起步阶段，采取的即是醇类物质做产品洗濯。
21世纪中国电子制造家当进入发展快车道，此阶段改性醇类洗濯液、微相洗濯液、水基洗濯液均在业界被广泛利用。
经由长期的实战运用，伴随着环保政策的逐渐收紧，当今业界水基洗濯液技能已然成为主流。

洗濯设备技能发展与洗濯液技能发展相匹配，气相洗濯工艺被禁用后，超声振动洗濯技能发展迅速。
溶剂型洗濯液在超声振动时因加热而加速挥发，这增加了爆炸的机率。
业界涌现多起超声波振动洗濯爆炸的事件，这加速了溶剂型洗濯液+超声波振动洗濯退出主流洗濯市场的脚步。
电子产品上部分零件不许可超声振动作业，以是此类产品洗濯也无法采取超声振动作业。
水基洗濯剂的发展为超声振动洗濯制程保留了一定市场，时至当下，业界洗濯载具、钢板、治具、金属件、塑胶件等仍可以利用超声振动+水基洗濯液作业。
在PCBA领域，钢板洗濯、印刷不良PCB洗濯等曾一度采取纯气动喷洒作业，但利用溶剂型洗濯液仍存在爆炸的风险，加之气动喷洒物理勉励能力有限，逐渐被喷淋+水基洗濯液制程取代，市场日渐衰落，消逝殆尽。

增压喷淋+水基洗濯液制程主导当下电子产品洗濯工艺，从钢板洗濯、印刷不良PCB洗濯、成品PCBA洗濯均大量采取此工艺。
离线式喷淋洗濯一样平常采取两槽构造：一槽容纳水基洗濯液，为提高洗濯效率，该槽一样平常具备加热能力，将水基洗濯液加热至50C以上，被大功率泵浦加速喷淋到待洗濯产品表面，以此溶解、冲击产品表面异物、助焊剂残留物等，达成洗濯的目的。
如何确保喷淋不存在盲区、如何担保洗濯液的物理勉励能力，是洗濯设备制造商的专业技能所在。
另一槽是漂洗槽，常日利用经由过滤净化的去离子水对清洁后的产品做冲洗，确保产品表面没有洗濯液的残留。
设备可以配置烘干功能，漂洗后利用热风将产品烘干以供下工序直策应用。

大型的在线式洗濯设备常日被用于大批量生产模式，一样平常具备加温浸泡、多槽加温洗濯、多槽漂洗、烘干等功能。
业界常见的在线式洗濯设备，从物理勉励能力上讲，有超声振动、涌流、喷淋三种。
超声振动因部分元件限定，一样平常用于钢板洗濯、治工具洗濯、金属件&非金属件洗濯；涌流式洗濯的基本事理类似于将衣服浸入流动的河水，其物理勉励能力源自于水流的涌动，因涌动能量有限，效率较低。
同时因产品上构造问题导致存在涌动盲区，进而产生洗濯不干净征象，故而在业界内利用范围较少，一样平常用于对洗濯过程哀求比较温和的分外领域。
喷淋洗濯之以是成为主流，一者其物理勉励能力可灵巧调度（喷淋水速），通过调度喷嘴的位置、角度、覆盖面积等还可以降落阴影效应的影响，确保洗濯品质的同时，可以担保洗濯效率。
可用于钢板洗濯、PCB洗濯、PCBA洗濯等作业。

液体都存在表面张力，当被洗濯物体间隙极小时，洗濯液进入微缝隙将残留物带走的困难大幅度增加，这给洗濯制程带来技能寻衅。
随着电子产品轻薄短小密的快速发展，PCBA制程中焊点高度缩小至20m（如部分QFN、SON元件），如何确保洗濯液能有效的进入20m的微缝隙内将残留物带走，业界同仁做了大量作业。
归结起来有两个大方向：洗濯液小分子化、增加物理勉励能力。
洗濯液制造商通过添加各种活性剂等成份，将洗濯液分子团打碎缩小其分子团尺寸，以便于进入微缝隙。
通过添加剂降落液体的表面张力是另一个改进洗濯效果的有效路子。
得当的物理勉励能力是确保洗濯效果与提升清洁效率的根本。
虽然可以通过增加水流速率来提升喷淋设备的物理勉励能力，但对付微缝隙而言，使洗濯液进入元件底部的能量仍显不敷。
为确保微缝隙的清洁效果，业界一样平常采取离心式洗濯工艺应对。
离心式洗濯工艺其事情事理如下图1：将产品固定在得当的工装上浸入洗濯液，工装带着产品在洗濯液内做高速旋转，洗濯液相对付元件存在一个平行的剪切力，这有利于洗濯液进入微缝隙内将异物带走。
该制程在Wafer制造洗濯制程中运用成熟，在PCBA制程中仅限于超微缝隙焊点洗濯。

图1 离心式洗濯工艺

洗濯制程终极的目标是确保产品洗濯干净。
以PCBA为例，业界常参考的标准是IPC-CH-65B. 该标准明确了洗濯剂的类型、洗濯后清洁度标准（粒子残留浓度）、洗濯后板面变色发白等的缘故原由等，笔者于此不再赘述。

图2 IPC-CH-65B标准

如何担保洗濯效果是PCBA业者关心所在。
常日分为两个路径管理，一是监控洗濯后的产品，通过丈量其清洁度来辅导洗濯制程是否须要变更、调度，如改换洗濯液、改换滤芯等。
另一路子是监控洗濯过程，如洗濯液中的有效成份、PH值、漂洗水的PH值、漂洗水的电导率等。
但就管理角度而言，笔者推举后者作为洗濯制程的管理方案，毕竟不涌现非常赛过不合格后再处理让人安心。
至于业界偶发的洗濯烘干后产品三防漆涂敷，仍涌现底部堕落、短路的案例确时有发生，洗濯后PCB板面变色、元件变色、色环电阻掉色环、元件镀层变色、焊点发黑、电解电容防爆槽堕落漏水、洗不干净等征象，说来话长且各有各的缘由，须要把稳剖析并应对。

业界常用的另一种洗濯制程称作等离子洗濯，又称电浆洗濯，英文写作Plasma。
是利用电能将分子&原子电离成电子、离子并轰击物体表面，将物体表面污染物带走，增加物体表面能。
等离子洗濯制程分为两大类：一类等离子清洁制程事情时须要抽真空，在真空环境下清洁物体表面；另一类是正常环境下清洁物体表面。
前者事情环境哀求较高，常用于Wafer制造等精密产品制程，因其无法大批量连续生产，较少于用PCBA制程。
后者可以知足On-line连续生产需求，在PCBA制程中运用广泛。
等离子洗濯制程不采取任何溶剂、液体，清洁后产品为干燥状态，可以立即实行下一工序作业。
等离子清洁不产生任何废液、废气、废渣等，符合环保政策哀求。
须要解释的是，等离子洗濯制程属于锦上添花的环节，不能起到雪中送碳的效果。
也便是说，对付基本干净的物体表面，等离子洗濯制程可以彻底清洁并增加物体的表面能，但对付助焊剂大量残留或异物残留的表面，等离子无法打消掉大量的残留物，传统的液体洗濯可以带走大量的残留物。
物体的表面能是用来描述物体表层分子、原子与其它打仗物体分子、原子结合能力的指标。
用环氧树脂胶水将一塑料块粘接于平面玻璃、毛玻璃、不锈钢、木头、瓷砖、塑料板上，粘结后产生的连接机器强度不同，缘故原由便是平面玻璃、毛玻璃、不锈钢、木头、瓷砖、塑料板表面能不同。
如日常生活用的不粘锅，其表面涂敷物质如铁氟龙表面能极低，胶水都能有效粘接，煎个鸡蛋、烙饼当然粘不住而呈现不粘的效果。
用金属铲刀将不粘锅表面物质刮掉、毁坏，底部金属材质呈现固有特性“粘锅”。

业界丈量物体表面能的方法有很多，如水点角测试法、达因笔测试法等。
水点角测试法是在被测物体表面滴一滴纯净水，通过仪器丈量水点与物体表面的润湿角（图3 水点角测试）以此衡量物体的表面能。
物体表面能越大，润湿角越小，反之，润湿角越大。

另一种方案是利用达因笔测试(图4 达因笔测试物体表面能)，其基本事情事理是将表面能固定的液体涂敷在待测试物体表面，如物体表面能大于液体表面能，则液体表现出不紧缩状况，反之，液体会快速紧缩，呈断续状。
部分工厂利用溶液洗濯产品，烘干后灌胶、涂敷，但涂层脱落、胶水与本体结合力不敷分离，业者也可以利用以上两种方案丈量产品、壳体的表面能，以确定改进方向。

当然，产品一定的条件下，利用等离子清洁后再涂敷灌胶，是有相称的帮助的，可以改进涂层或灌封胶与本体的结合力。
等离子洗濯制程在三防漆涂敷前用来清洁产品表面，可以提高三防漆膜与产品的附着力；产品灌封胶前利用等离子轰击物体表面，有助于提高胶与灌封物体间的结合力。
等离子清洁度与洗濯韶光、次数、能量、喷嘴与物体表面间隔正干系，能量越大、韶光愈久、清洁次数越多、喷嘴与物体表面间隔越近，清洁效果越好。
但过度的清洁可能会导致损伤被清洁物体，如IC元件、小尺寸的阻容感元件等，缘故原由是等离子清洁会产生一定的电压，须要掌握电压不得损伤被清洁物体表面元件。
MLCC、表贴电感等制程中也会利用等离子清洁制程，掌握不当同样会损伤元件内部构造，甚者改变元件电气性能。

图3 水点角测试

图3 水点角测试

图4 达因笔测试物体表面能

业界还有一种洗濯工艺为干冰洗濯制程。
其基本事情事理是将超低温固态二氧化碳粉碎呈小颗粒，以一定速率喷向待洗濯物体表面，在超低温状态下，物体表面的残留物如助焊剂紧缩产生裂纹，加之低温干冰颗粒的撞击而脱落，达成洗濯的目的。
干冰洗濯在某些洗濯领域有独特上风，如三防漆涂敷治具上残留大量漆膜，漆膜抗堕落、耐酸碱、耐溶剂，液体清洁困难度十分高，采取干冰洗濯则相对随意马虎，且效率高、不产生废液、无污染、无气味，事情环境相对友好。

波峰焊载具洗濯、波峰焊设备清洁保养、回流焊设备清洁保养等都可以利用干冰洗濯，可以大幅度提高清洁效率、操作大略、履行随意马虎。
干冰洗濯在波峰焊焊点助焊剂残留清洁上也一枝独秀，有其独特上风。
对付SMT焊点，干冰洗濯存在一定困难，如小元件阁下大尺寸元件阻挡干冰的喷流路径，随意马虎因存在盲区导致洗濯不彻底。

另一问题是干冰洗濯制程中有一定的静电，笔者曾经测过干冰洗濯的静电压，结果在牵制规范内。
但因SMT元件密度大，随意马虎存在阴影效应，BTC元件底部无法清洁等成分影响，笔者不推举SMT焊点采取干冰洗濯。
对付波峰焊焊点、选择焊焊点、手工焊焊点、三防漆治工具、波峰焊载具、点胶载具、波峰焊设备保养、Reflow设备保养等均可以利用干冰洗濯，见图5 干冰洗濯制程的运用。

图5 干冰洗濯制程的运用

洗濯制程种类丰富，运用过程牵制点不同，以水基洗濯工艺为例，如何担保洗濯品质，如何担保洗濯不产生变色等非常，如何降落洗濯产生的废液等话题，都是值得业界同仁关注的技能点所在，有机会笔者再做逐一分享。