印制電路板清洗質(zhì)量要求

1、原材料質(zhì)量要求

1）錫鉛焊料

   壓力加工錫鉛焊料的化學(xué)成分需符合GB/T 31311的要求。

   鑄造錫鉛焊料的化學(xué)成分需符合GB/T 8012的要求。

2）焊劑

   關(guān)于焊劑質(zhì)量，應(yīng)該從焊劑的外觀、物理穩(wěn)定性和顏色、不揮發(fā)物含量、粘性和密度、水萃取電阻值、鹵素含量、固體含量、助焊性、干燥度、銅鏡腐蝕性、絕緣電阻、離子污染等方面進(jìn)行檢測。

如免洗類液態(tài)焊劑要求：

1）外觀：液體透明、均勻，無雜質(zhì)、沉淀、異物和強(qiáng)烈刺激性氣味；

2）固體含量：不大于10％；

3）鹵素含量：無鹵素離子；

4）助焊性：擴(kuò)展率不小于80％；

5）銅鏡腐蝕：銅鏡應(yīng)無穿透性腐蝕；

6）絕緣電阻：（焊后）大于1*10Ω；

7）離子污染等級及要求符合表1的規(guī)定。

表    1

    再如松香基液態(tài)焊劑按GB/T 9491的要求：

 1）外觀：焊劑質(zhì)量應(yīng)均勻一致，透明，無沉淀或分層現(xiàn)象、無異物；

 2）物理穩(wěn)定性和顏色：焊劑應(yīng)保持透明和無分層或沉淀現(xiàn)象；或R型焊劑的顏色應(yīng)不深于鐵鉆比色計(jì)的色階編號11，RMA型的顏色應(yīng)不深于鐵鉆比色計(jì)的色階編號13；

 3）不揮發(fā)物含量：不小于15％；

 4）粘性和密度：粘性在5⁰C時(shí)，應(yīng)能被醫(yī)用吸管迅速吸入；密度在25⁰C時(shí)，應(yīng)為0.80g/cm³-0.95g/cm³;

 5）水萃取電阻值：R型和RMA型焊劑的水萃取液平均電阻率不小于1*10⁵Ω.cm，RA型焊劑的水萃取液平均電阻率不小于5*10⁵Ω.cm；

6）鹵素含量：R型和RMA型焊劑不應(yīng)使鉻酸銀試紙顏色呈白色或淺黃色，RA型焊劑的鹵素含量應(yīng)為0.07％-0.20％或符合有關(guān)規(guī)定；

7）助焊性：焊劑擴(kuò)展率R型應(yīng)不小于75％，RMA型應(yīng)不小于80％，RA型應(yīng)不小于90％；

8）干燥度：焊劑殘?jiān)砻鎽?yīng)無粘性，表面上的白堊粉應(yīng)容易被去除；

9）銅鏡腐蝕：RA型焊劑應(yīng)基本無變化，RMA型焊劑不應(yīng)使銅膜有穿透性的腐蝕；

10）絕緣電阻：焊接前后的絕緣電阻應(yīng)不小于表2中的值。

表      2

    IPC-SF-818對助焊劑表面絕緣電阻規(guī)定見表3。

2、印制電路板清洗質(zhì)量要求

目前我國電子行業(yè)對作為最終產(chǎn)品的印制電路板還未形成統(tǒng)一的清洗質(zhì)量規(guī)范。在發(fā)達(dá)國家較普遍使用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對印制電路板的清洗質(zhì)量有以下規(guī)定。

  1）J-STD-001B規(guī)定：

  A，離子污染物含量：＜1.56μgNaCl/cm²；

  B，助焊劑殘留量：一級＜200μgNaCl/cm²，二級＜100μgNaCl/cm²，三級＜40μgNa-Cl/cm²；

  C，平均絕緣電阻＞1*10⁸Ω，（log10)的標(biāo)準(zhǔn)差＜3.

  2）IPC-SA-61按工藝規(guī)定的值見表4。

  3）MIL-STD-2000A規(guī)定離子污染物含量＜1.56μgNaCl/cm²。

此外，在MIL-P-28809規(guī)范中，規(guī)定也可用清洗或清洗液溶液的電阻率作為清洗度的判據(jù)，清洗溶液電阻率大于2*10⁶Ω.cm為干凈，否則為不干凈。這種方法適用于清洗工藝的監(jiān)測。

由于各種商業(yè)性表面離子污染測試儀的出現(xiàn)，不同測試系統(tǒng)的測試結(jié)果均有所不同，但都高于手工測試結(jié)果。因此，提出了等值系數(shù)這一概念，實(shí)現(xiàn)了不同系統(tǒng)的測試結(jié)果的可對比性。（表5）。

表    3

表   4

表   5

印制電路板清洗表面離子污染檢測標(biāo)準(zhǔn)

1）手工測試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 4677.22、IPC-TM-650-2.3.25、MIL-STD-2000A。

   2)儀器測試標(biāo)準(zhǔn)：IPC-TM-650-2.3.26、IPC-TM-650-2.3.26.1、IPC-TM-650-2.3.28、GB/T  4677.22、MIL-STD-2000A。

   3)助焊劑殘留物測試標(biāo)準(zhǔn)：IPC-TM-650-2.3.27、IPC-TM-650-2.3.27.1、IPC-TM-650-2.3.38、IPC-TM-650-2.3.39。

印制電路板清洗質(zhì)量檢測方法

1.目視檢驗(yàn)

   不使用放大鏡，直接用眼睛觀測印制電路板表面應(yīng)無明顯的殘留物存在。

2.表面離子污染測試方法。

   1）萃取溶液電阻率（ROSE）測試法

   萃取溶液電阻率測試法的原理是，以75％異丙醇加25％去離子水（體積比）為測試溶液，沖洗印制電路板表面并使殘留在印制板表面上的污染物溶解到測試溶液中。由于這些污染物中的正負(fù)離子使測試溶液的電阻率降低，溶入測試液中的離子越多其電阻率降低的也越多，二者具有反比函數(shù)關(guān)系。

  測試液中的離子當(dāng)量=常數(shù)/測試液的電阻率  （1）

  正是利用這種函數(shù)關(guān)系，通過測定測試液沖洗前后的電阻值及所使用測試液的體積，可以計(jì)算出印制電路板表面殘留離子的含量，并規(guī)定以每平方厘米NaCl當(dāng)量來表示，即μgNaCl/cm²。

A，手工測試法

   可按GB/T 4677.22執(zhí)行，或參考IPC-TM-650中2.3.25、MIL-STD-2000A  執(zhí)行。按每平方厘米印制電路板1.5ml的比例量取測試溶液。測試溶液的電阻率必須大于6MΩ.cm，以細(xì)流方式?jīng)_洗印制電路板表面，直到測試溶液全部收集到燒杯內(nèi)，該過程至少需要1分鐘。用電導(dǎo)電橋或等同量程和精度的儀器測量測試溶液的電阻率，按公式（5-2）計(jì)算單位面積上的NaCl當(dāng)量。

   Wr=1.56*2/p..........(2)式中：Wr--每平方厘米面積上的NaCl當(dāng)量，μgNaCl/cm²；

   2-當(dāng)試樣含有1.56μgNaCl/cm²時(shí)的電阻率，MΩ.cm；

   p-收集液的電阻率，MΩ.cm；

   1.56-電阻率值為2MΩ.cm時(shí)試樣單位面積所含相應(yīng)的NaCl當(dāng)量，μg/cm²。

B，儀器測試法

   可按IPC-TM-650-2.3.26執(zhí)行或參考IPC-TM-650-2.3.26.1執(zhí)行。

   通過測量測試液的溫度和密度確定其異丙醇的含量，并使之達(dá)到75％。開啟凈化泵，利用離子交換柱進(jìn)行凈化處理，直到測試液電阻率達(dá)到或超過20MΩ.cm。系統(tǒng)校驗(yàn)無誤后，在測試槽中注入適量的測試液，放入測試樣品，開啟測試泵測量測試液的電阻率，至電阻率達(dá)到穩(wěn)定為止。

C，數(shù)據(jù)處理

    根據(jù)測試循環(huán)回路結(jié)構(gòu)的不同，該測試又可分為靜態(tài)測試法和動態(tài)測試法。靜態(tài)測試法的循環(huán)回路由測試槽、電阻率測試探頭和測試泵構(gòu)成。單位面積上的NaCl當(dāng)量按公式（3）計(jì)算。

式中：Wr-每平方厘米面積上的NaCl當(dāng)量，μgNaCl/cm²。

   V-測試循環(huán)回路中測試液的體積，L；

   p₁--測試液的最終電阻率值，Ω.cm。

   S-測試樣品的面積（長*寬*2），cm²。

   p_o-測試液的初始電阻率值，Ω.cm。

   C--測試液中異丙醇含量（75％）；

   A、B--實(shí)驗(yàn)常數(shù)。

   動態(tài)測試法的測試循環(huán)回路由測試槽、電阻率測試探頭、測試泵和離子交換柱構(gòu)成。因?yàn)樵谡麄€(gè)測試過程中，測試液不停地經(jīng)過離子交換柱凈化處理，所以在測試過程中應(yīng)連續(xù)測量測試液的電阻率，并進(jìn)行累加。所萃取出的離子量符合公式（4）關(guān)系。

式中：N--測試液中的離子量，moL;

   k-實(shí)驗(yàn)常數(shù)；

   V-測試循環(huán)回路中測試液的體積，L；

   P₁-t時(shí)測試的電阻率值。

  2）離子色譜測試法

   可按IPC-TM-650中2.3.28執(zhí)行。

   使用的實(shí)驗(yàn)器材包括：

  A，離子色譜儀；

  B，熱水浴包：80⁰C±5⁰C；

  C，聚乙烯可密封塑料袋：可萃取的污染物＜25mg/kg;

  D,聚乙烯塑料手袋：Cl^-＜3mg/kg；

  E，去離子水：18.3MΩ.cm，Cl^-＜50mg/kg；

  F，異丙醇：電子級。

   配置75％異丙醇加25％去離子水（體積比）萃取溶液，將印制電路板和（100-250）mL萃取液放入聚乙烯塑料袋內(nèi)（印制電路板應(yīng)全部浸泡在萃取溶液中）并進(jìn)行熱密封后，放入（80±5）⁰C的熱水浴包中1小時(shí)。取出塑料袋，將萃取液送入離子色譜儀中進(jìn)行測試，離子含量按公式(5)計(jì)算。

式中：Wr--每平方厘米面積上某離子的含量，μgNaCl/cm²。

   C-根據(jù)標(biāo)樣測試出的萃取液中某離子的含量，mg/kg；

   V₀-注入到聚乙烯塑料袋中的萃取液的體積，mL;

   V₁-注入到離子色譜儀中進(jìn)行測試的萃取液的體積，mL;

   S-印制電路板面積（長*寬*2），cm²。

3、助焊劑殘留物測試

  1）污痕觀測法

   可按IPC-TM-650-2.3.38執(zhí)行。

   測試樣品尺寸應(yīng)大于50mm*75mm，使用光譜或高效液相色譜級的乙腈或其他溶液為測試液體。用滴管每次將（0.25-0.5）mL測試液慢慢滴到樣品表面上使其清洗小面積的樣品表面，并滴到玻璃載片上。在無油空氣或氮?dú)鈿饬飨麓蹈蓽y試溶液，重復(fù)清洗直至測試液用量達(dá)到2mL/cm²為止。觀察玻璃載片，如果有清洗下來的殘留物存在，則很容易看到。

  2）紅外分光光度計(jì)測試法

   可按IPC-TM-650-2.3.39執(zhí)行。

   測試儀器為紅外分光光度計(jì)（2.5μm-16μm),KRS-5或ZnSeMIR.

   測試溶液為光譜或高效液相色譜級的乙腈或其他溶劑。

   用與污痕觀測法相同的方法在MIR片上制備樣品，并將相同體積的乙腈滴到另一塊MIR片上作為參樣。將樣品譜圖與參樣譜圖對比，如果兩者不同，說明樣品有污染。

  3）紫外分光光度計(jì)測試法

   可按IPC-TM-650-2.3.27執(zhí)行。

   測試儀器為紫外分光光度計(jì)。

   測試溶液為HPLC測試液加1.0％磷酸加0.1％水。

   用索氏萃取法萃取所用的焊膏或助焊劑中的松香，配制成標(biāo)樣，殘留物含量分別為0.002％、0.004％、0.006％、0.008％和0.010％。在241nm波長處使用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行測試并制出工作曲線。向干凈的塑料袋中加入100mL測試溶液，搖動10分鐘后再測試，如吸收系數(shù)超出范圍，再向塑料袋中加入100mL測試溶液，搖動10分鐘后再測試，如吸收系數(shù)還超出范圍，再向塑料袋中加入100mL測試溶液，直到吸收系數(shù)低于3.000.利用工作曲線判定其殘留物的濃度。殘留物含量按公式（6）計(jì)算：

  4）高效液相色譜法

   可按IPC-TM-650-2.3.27.1執(zhí)行。

  測試儀器為高效液相色譜儀。

  測試溶液為75％異丙醇（HPLC級）加25％去離子水（18.3MΩ.cm)(體積比）。

  將（75-200）mL的測試溶液注入塑料袋，放入測試樣品后熱密封，在（80±5）⁰C的熱水中放置1小時(shí)，分別測試標(biāo)樣和該樣品溶液。

  儀器測試條件如下：

  A，波長：220nm、240nm；

  B,柱溫：60⁰C；

  C，淋洗液：60％乙腈加40％水（體積比）；

  D，流速：2mL/min；

  E，進(jìn)樣量：10mL.

  數(shù)據(jù)按公式（7）和（8）進(jìn)行處理：

  C=（S₁*C₀*V₀）/（S₀*V₁）   （7）

  式中：C-樣品溶液中殘留物濃度，mg/L；

  S₁-樣品溶液峰的面積；

  C₀-標(biāo)樣的濃度，mg/L；

  V₀-標(biāo)樣進(jìn)樣量，mL；

  S₀-標(biāo)樣鋒的積分面積；

  V₁-樣品溶液進(jìn)樣量，mL.

  殘留物含量μ（g/cm²)=（C*V/S）*1000........（8）

  式中：C-樣品溶液中殘留物濃度，mg/L；

  V-樣品溶液體積，mL；

  S-標(biāo)樣面積，cm².

  4.表面絕緣電阻測試方法

  1）助焊劑表面絕緣電阻測試方法

  可按GB/T 9491或參考IPC-TM-650-2.6.3.3執(zhí)行。

  A，焊接前的絕緣電阻

  分別將0.3mL焊劑試樣均勻地滴加在三塊制備好的試件上，在85⁰C烘箱中保持30min取出，放入40⁰C、相對濕度90％-95％的試驗(yàn)箱中，保持96h，取出后在室溫、相對濕度90％（有酒石酸鉀飽和溶液的器皿）的條件下恢復(fù)1h,用高阻儀（量程為10⁶Ω-10¹⁷Ω、電壓為500VD.C）按圖示分別測1-2、2-3、3-4和4-5點(diǎn)間的絕緣電阻（1min后讀數(shù)），取三塊試件的平均值作為焊劑焊接前的絕緣電阻。

  B，焊接后的絕緣電阻值

  分別將0.3mL焊劑試樣均勻地滴加在三塊制備好的試件上，在235⁰C的焊料槽上漂浮3s（在線路面向下），然后放入40⁰C相對濕度90％-95％的試驗(yàn)箱中，保持96h,取出后在室溫、相對濕度為90％（有酒石酸鉀飽和溶液的器皿）的條件下恢復(fù)1h,用高阻儀（量程為10⁶Ω-10¹⁷Ω、電壓為500VD.C）按圖示分別測1-2、2-3、3-4和4-5點(diǎn)間的絕緣電阻（1min后讀數(shù)），取三塊試件的平均值作為焊劑焊接后的絕緣電阻。

  2）印制電路板表面絕緣電阻測試方法

  可按GB/T 4677.1執(zhí)行。

  A,試樣預(yù)處理

  -試樣在正常大氣條件下（按GB/T 2421中的規(guī)定）放置24小時(shí)以上；

  -恒定濕熱條件：按GB/T 2423.3中的規(guī)定進(jìn)行。若不在箱內(nèi)測，應(yīng)在正常試驗(yàn)大氣條件下恢復(fù)2小時(shí)。

  B，試驗(yàn)的大氣條件：

a) 正常試驗(yàn)大氣條件：按GB 2421中的規(guī)定進(jìn)行：

b)促載試驗(yàn)大氣條件：溫度23⁰C：相對濕度48％-52％；

  氣壓86kPa-106kPa(按GB/T 2423。3中的規(guī)定進(jìn)行；

c)恒定濕熱條件：按GB/T 2423。3中的規(guī)定進(jìn)行；

d)干熱條件：按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

C，測試電壓：（10±1）V，（100±15）V，（500±50）V。

D，測試步驟：校準(zhǔn)儀器，將測試電壓加到試樣上1分鐘后再測量，若能提早得到穩(wěn)定的讀數(shù)就早測量，如果到1分鐘時(shí)，得不到穩(wěn)定的讀數(shù)，應(yīng)在報(bào)告中記錄這一現(xiàn)象。

  3）聚合物阻焊層和敷形涂層表面絕緣電阻測試方法

  可按IPC-TM-650-2.6.3.1執(zhí)行。

  測試板：IPC-B-25A測試板；

  環(huán)境條件：T、H級（20⁰C-27⁰C）和40％-50％RH；

  測試條件：

  T級：（65±2）⁰C，（90±3）⁰C，無偏壓，24小時(shí)；

  H級：25⁰C-（65±2）⁰C，90％RH，50VD。C.偏壓，熱循環(huán)，6天又16小時(shí)；

  測試過程：

  A，將樣品放入烘箱（50±2）⁰C，不加濕，24小時(shí)后在大氣條件下使樣品冷卻；

  B，加100VD。C電壓分別測IPC-B-25A的1-2、2-3、3-4、和4-5點(diǎn)間的絕緣電阻和兩個(gè)只有兩個(gè)測試點(diǎn)的梳狀測試板及“Y”型測試板的絕緣電阻（1分鐘后讀數(shù)）；

  C，溫濕實(shí)驗(yàn)：

  H級：將測試板垂直放入烘箱中，至少有一個(gè)無涂敷層的裸板作為參照，將IPC-B-25A的1、3、5連接起來接偏壓正極，2、4連接起來接偏壓負(fù)極；兩個(gè)只有兩個(gè)測試點(diǎn)的梳狀測試及“Y”型測試板的兩個(gè)測試點(diǎn)分別接偏壓的正負(fù)極。關(guān)好烘箱門后，將偏壓加至50VD。C熱循環(huán)20次。濕度在降溫階段（iii)至少保持在80％，在熱循環(huán)的其他階段至少保持在85％。熱循環(huán)條件如下：

  A，從25⁰C開始，在1小時(shí)45分鐘內(nèi)上升到65⁰C；

  B，在65⁰C保溫（3-3.5）小時(shí)；

  C，在1.75小時(shí)內(nèi)，從65⁰C降溫到25⁰C。

  注：熱循環(huán)連續(xù)進(jìn)行，中間不得停滯。

  T級：將測試板垂直放入烘箱中，其中至少有一個(gè)無涂敷層的裸板作為參照，在65⁰C，90％RH保持24小時(shí)。

  D，測量：

  H級：在24小時(shí)內(nèi)在熱循環(huán)的高溫保溫階段每隔（2-3）小時(shí)測量一次，測量電壓極性與偏壓相同，烘箱門不能打開。溫濕實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，去掉偏壓，從烘箱中取出樣品，在大氣條件下恢復(fù)1小時(shí)之后、2小時(shí)之前按B。的要求進(jìn)行測量。

  T級：按B的要求，加100VD。C。電壓進(jìn)行測量（取1分鐘后讀數(shù)）。

  E，樣品評估：

  H級：以烘箱內(nèi)的最后測試數(shù)據(jù)和在大氣條件下恢復(fù)后的測試數(shù)據(jù)為判斷依據(jù)。

 T級：以測試數(shù)據(jù)的平均值為判斷依據(jù)。

  4）目測

表面絕緣電阻測試完成后，將所有施加偏壓位置的元器件取下（注：不可使用化學(xué)方法和加熱方法）。用10X-30X放大鏡對印制板進(jìn)行全面積的腐蝕和樹枝晶檢查。印制板上應(yīng)無明顯的腐蝕現(xiàn)象。如有樹枝晶形成，其尺寸不應(yīng)超過焊盤或布線間距的20％。表面涂層不應(yīng)有變質(zhì)、破裂和生斑等現(xiàn)象。

測試方法的選擇

萃取溶液電阻率測試法是由Hobson和DeNoon在70年代初期，作為工藝控制的工具而建立的，是表面離子污染測試的最早方法。

然而，1998年瑞典Per-Erik Tegehall博士進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：從每個(gè)印制板生產(chǎn)廠商選取印制板3塊，其中2塊按標(biāo)準(zhǔn)方法測試，另1塊則在萃取過程中施加超聲波。其表面離子污染測試結(jié)果列于表6.

表6  MgNaCl/cm²

  重新選取樣品A，超聲萃取2小時(shí)，其表面離子污染為5.06μgNaCl/cm²,更換測試溶液，再超聲萃取2小時(shí)，其表面離子污染為1.59μgNaCl/cm²,則表面離子污染總和為6.65μgNaCl/cm²。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，在測試過程中只有一部分殘留在印制板上的污染物被萃取出來，該測試方法的誤差很大，不宜作為產(chǎn)品合格與否的判據(jù)。

在美軍標(biāo)MIL-STD-2000A中指出，萃取溶液電阻率測試法是針對用松香基助焊劑焊接、以CFC為清洗劑的穿孔式安裝印制板開發(fā)的。該方法及其質(zhì)量判據(jù)不適用于表面貼裝和混裝印制板。其主要原因是，萃取溶液電阻率方法所測得的結(jié)果為表面離子污染的平均值。而表面貼裝印制板的助焊劑僅涂敷于焊盤上，且表面貼裝器件的低部又很難清洗，因此助焊劑殘留物分布極不均勻，萃取溶液電阻率方法的結(jié)果無法說明表面貼裝器件周圍的情況。同時(shí)還指出萃取溶液電阻率方法及其質(zhì)量判據(jù)也不適用于使用非松香基助焊劑焊接的印制板。但隨著進(jìn)一步的可靠性研究的完成，這種觀點(diǎn)已被包括J-STD-001B的其它標(biāo)準(zhǔn)所否定。

盡管萃取溶液電阻率（ROSE）測試法的誤差較大，但其具有成本低、測試周期短、對樣品無破壞性測試以及擁有大量歷史數(shù)據(jù)等優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)過程中在線檢測的最佳方法。

離子色譜測試法、紅外分光光度計(jì)測試法、紫外分光光度計(jì)測試法、高效液相色譜法可以定性、定量地檢測出污染物中各種離子、有機(jī)物質(zhì)及其含量。對于不合格產(chǎn)品，可依據(jù)這些數(shù)據(jù)快速、有效地判斷出主要污染物的來源，是工藝分析的重要手段。

表面絕緣電阻測試法加速模擬了印制板的工作環(huán)境，并可得到印制板電性能、表面腐蝕、表面涂層等多方面信息，作為印制板可靠性的定量化指標(biāo)更具科學(xué)性。