印制電路板清洗質量要求

1、原材料質量要求

1）錫鉛焊料

   壓力加工錫鉛焊料的化學成分需符合GB/T 31311的要求。

   鑄造錫鉛焊料的化學成分需符合GB/T 8012的要求。

2）焊劑

   關于焊劑質量，應該從焊劑的外觀、物理穩定性和顏色、不揮發物含量、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、離子污染等方面進行檢測。

如免洗類液態焊劑要求：

1）外觀：液體透明、均勻，無雜質、沉淀、異物和強烈刺激性氣味；

2）固體含量：不大于10％；

3）鹵素含量：無鹵素離子；

4）助焊性：擴展率不小于80％；

5）銅鏡腐蝕：銅鏡應無穿透性腐蝕；

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的規定。

表    1

    再如松香基液態焊劑按GB/T 9491的要求：

 1）外觀：焊劑質量應均勻一致，透明，無沉淀或分層現象、無異物；

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

 3）不揮發物含量：不小于15％；

 4）粘性和密度：粘性在5⁰C時，應能被醫用吸管迅速吸入；密度在25⁰C時，應為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為0.07％-0.20％或符合有關規定；

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

8）干燥度：焊劑殘渣表面應無粘性，表面上的白堊粉應容易被去除；

9）銅鏡腐蝕：RA型焊劑應基本無變化，RMA型焊劑不應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不小于表2中的值。

表      2

    IPC-SF-818對助焊劑表面絕緣電阻規定見表3。

2、印制電路板清洗質量要求

目前我國電子行業對作為最終產品的印制電路板還未形成統一的清洗質量規范。在發達國家較普遍使用的行業標準中對印制電路板的清洗質量有以下規定。

  1）J-STD-001B規定：

  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)的標準差＜3.

  2）IPC-SA-61按工藝規定的值見表4。

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

此外，在MIL-P-28809規范中，規定也可用清洗或清洗液溶液的電阻率作為清洗度的判據，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測。

由于各種商業性表面離子污染測試儀的出現，不同測試系統的測試結果均有所不同，但都高于手工測試結果。因此，提出了等值系數這一概念，實現了不同系統的測試結果的可對比性。（表5）。

表    3

表   4

表   5

印制電路板清洗表面離子污染檢測標準

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

   2)儀器測試標準：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準：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。

印制電路板清洗質量檢測方法

1.目視檢驗

   不使用放大鏡，直接用眼睛觀測印制電路板表面應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，二者具有反比函數關系。

  測試液中的離子當量=常數/測試液的電阻率  （1）

  正是利用這種函數關系，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，可以計算出印制電路板表面殘留離子的含量，并規定以每平方厘米NaCl當量來表示，即μgNaCl/cm²。

A，手工測試法

   可按GB/T 4677.22執行，或參考IPC-TM-650中2.3.25、MIL-STD-2000A  執行。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，以細流方式沖洗印制電路板表面，直到測試溶液全部收集到燒杯內，該過程至少需要1分鐘。用電導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）計算單位面積上的NaCl當量。

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

   2-當試樣含有1.56μgNaCl/cm²時的電阻率，MΩ.cm；

   p-收集液的電阻率，MΩ.cm；

   1.56-電阻率值為2MΩ.cm時試樣單位面積所含相應的NaCl當量，μg/cm²。

B，儀器測試法

   可按IPC-TM-650-2.3.26執行或參考IPC-TM-650-2.3.26.1執行。

   通過測量測試液的溫度和密度確定其異丙醇的含量，并使之達到75％。開啟凈化泵，利用離子交換柱進行凈化處理，直到測試液電阻率達到或超過20MΩ.cm。系統校驗無誤后，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，至電阻率達到穩定為止。

C，數據處理

    根據測試循環回路結構的不同，該測試又可分為靜態測試法和動態測試法。靜態測試法的循環回路由測試槽、電阻率測試探頭和測試泵構成。單位面積上的NaCl當量按公式（3）計算。

式中：Wr-每平方厘米面積上的NaCl當量，μgNaCl/cm²。

   V-測試循環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--實驗常數。

   動態測試法的測試循環回路由測試槽、電阻率測試探頭、測試泵和離子交換柱構成。因為在整個測試過程中，測試液不停地經過離子交換柱凈化處理，所以在測試過程中應連續測量測試液的電阻率，并進行累加。所萃取出的離子量符合公式（4）關系。

式中：N--測試液中的離子量，moL;

   k-實驗常數；

   V-測試循環回路中測試液的體積，L；

   P₁-t時測試的電阻率值。

  2）離子色譜測試法

   可按IPC-TM-650中2.3.28執行。

   使用的實驗器材包括：

  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（印制電路板應全部浸泡在萃取溶液中）并進行熱密封后，放入（80±5）⁰C的熱水浴包中1小時。取出塑料袋，將萃取液送入離子色譜儀中進行測試，離子含量按公式(5)計算。

式中：Wr--每平方厘米面積上某離子的含量，μgNaCl/cm²。

   C-根據標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執行。

   測試樣品尺寸應大于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。在無油空氣或氮氣氣流下吹干測試溶液，重復清洗直至測試液用量達到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）紅外分光光度計測試法

   可按IPC-TM-650-2.3.39執行。

   測試儀器為紅外分光光度計（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）紫外分光光度計測試法

   可按IPC-TM-650-2.3.27執行。

   測試儀器為紫外分光光度計。

   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進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，如吸收系數還超出范圍，再向塑料袋中加入100mL測試溶液，直到吸收系數低于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）計算：

  4）高效液相色譜法

   可按IPC-TM-650-2.3.27.1執行。

  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，分別測試標樣和該樣品溶液。

  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，進樣量：10mL.

  數據按公式（7）和（8）進行處理：

  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-標樣的濃度，mg/L；

  V₀-標樣進樣量，mL；

  S₀-標樣鋒的積分面積；

  V₁-樣品溶液進樣量，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點間的絕緣電阻（1min后讀數），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點間的絕緣電阻（1min后讀數），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執行。

  A,試樣預處理

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

  -恒定濕熱條件：按GB/T 2423.3中的規定進行。若不在箱內測，應在正常試驗大氣條件下恢復2小時。

  B，試驗的大氣條件：

a) 正常試驗大氣條件：按GB 2421中的規定進行：

b)促載試驗大氣條件：溫度23⁰C：相對濕度48％-52％；

  氣壓86kPa-106kPa(按GB/T 2423。3中的規定進行；

c)恒定濕熱條件：按GB/T 2423。3中的規定進行；

d)干熱條件：按有關規定進行。

C，測試電壓：（10±1）V，（100±15）V，（500±50）V。

D，測試步驟：校準儀器，將測試電壓加到試樣上1分鐘后再測量，若能提早得到穩定的讀數就早測量，如果到1分鐘時，得不到穩定的讀數，應在報告中記錄這一現象。

  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執行。

  測試板：IPC-B-25A測試板；

  環境條件：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；

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

  測試過程：

  A，將樣品放入烘箱（50±2）⁰C，不加濕，24小時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點間的絕緣電阻和兩個只有兩個測試點的梳狀測試板及“Y”型測試板的絕緣電阻（1分鐘后讀數）；

  C，溫濕實驗：

  H級：將測試板垂直放入烘箱中，至少有一個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連接起來接偏壓負極；兩個只有兩個測試點的梳狀測試及“Y”型測試板的兩個測試點分別接偏壓的正負極。關好烘箱門后，將偏壓加至50VD。C熱循環20次。濕度在降溫階段（iii)至少保持在80％，在熱循環的其他階段至少保持在85％。熱循環條件如下：

  A，從25⁰C開始，在1小時45分鐘內上升到65⁰C；

  B，在65⁰C保溫（3-3.5）小時；

  C，在1.75小時內，從65⁰C降溫到25⁰C。

  注：熱循環連續進行，中間不得停滯。

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

  D，測量：

  H級：在24小時內在熱循環的高溫保溫階段每隔（2-3）小時測量一次，測量電壓極性與偏壓相同，烘箱門不能打開。溫濕實驗結束后，去掉偏壓，從烘箱中取出樣品，在大氣條件下恢復1小時之后、2小時之前按B。的要求進行測量。

  T級：按B的要求，加100VD。C。電壓進行測量（取1分鐘后讀數）。

  E，樣品評估：

  H級：以烘箱內的最后測試數據和在大氣條件下恢復后的測試數據為判斷依據。

 T級：以測試數據的平均值為判斷依據。

  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：不可使用化學方法和加熱方法）。用10X-30X放大鏡對印制板進行全面積的腐蝕和樹枝晶檢查。印制板上應無明顯的腐蝕現象。如有樹枝晶形成，其尺寸不應超過焊盤或布線間距的20％。表面涂層不應有變質、破裂和生斑等現象。

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博士進行了如下實驗：從每個印制板生產廠商選取印制板3塊，其中2塊按標準方法測試，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果列于表6.

表6  MgNaCl/cm²

  重新選取樣品A，超聲萃取2小時，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，其表面離子污染為1.59μgNaCl/cm²,則表面離子污染總和為6.65μgNaCl/cm²。這個實驗表明，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，不宜作為產品合格與否的判據。

在美軍標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的。該方法及其質量判據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果無法說明表面貼裝器件周圍的情況。同時還指出萃取溶液電阻率方法及其質量判據也不適用于使用非松香基助焊劑焊接的印制板。但隨著進一步的可靠性研究的完成，這種觀點已被包括J-STD-001B的其它標準所否定。

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據等優點，是生產過程中在線檢測的最佳方法。

離子色譜測試法、紅外分光光度計測試法、紫外分光光度計測試法、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、有機物質及其含量。對于不合格產品，可依據這些數據快速、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更具科學性。