合明科技｜印製板及組件清洗指南(IPC-CH-65B CN)解讀
摘 要：隨著人們對電子產品的可靠性、功能性、安全性等提出更高的要求，印製作板及組件的清洗顯得尤為重要。IPC-CH-65B作為全球電子印製板及組件清洗的唯一指南，本文針對指南中的標準和術語、清洗設計、清洗材料兼容性指示、印製線路板上的汙染物及清洗考慮要點進行了解讀，希望以此能較快的瞭解該清洗指南並加以實際運用。
關鍵詞：IPC-CH-65B CN、清洗、兼容性、殘留物
IPC—國際電子工業聯接協會是一家全球性非盈利電子行業協會，它們開發了電子行業的許多手冊和指南，如印製板及組件清洗指南就是由IPC清洗與塗覆委員會（5-30）和清洗與替代分委員會（5-31）共同開發，應用於指導全球電子印製板及組件的清洗技術、清洗工藝設計、殘留物危害性分析及清洗術語的定義等，為電子行業的清洗提供依據。因為全球電子印製板及組件的清洗並沒有相應的標準和規範條款，所以在電子清洗領域基本是採用IPC-CH-65B這一指南。
1.IPC中標準、術語與定義
IPC-CH-65B作為電子行業清洗指南，它表述力求準確、專業、規範，因此引用許多的行業標準及聯邦法規 、測試方法和工具。限於篇幅本文僅列舉關注度較高的標準、手冊等。
表1：IPC標準
表2：工業聯合標準
J-STD-001
焊接的電氣和電子組件要求
J-STD-002、003
元器件引線、端子、焊片、接線柱及導線的可焊性測試、印製板可焊性測試
J-STD-004、005
助焊劑要求、焊膏要求
J-STD-006
電子焊接領域電子級焊料合金及含有助焊劑與不含助焊劑的固體焊料的要求
同時IPC-CH-65B對清洗材料和溶劑清洗、半水基清洗、水基清洗工藝步驟及環境條件均有專門的定義，為電子清洗行業形成規範的術語體系意義重大。
2.IPC的清洗設計
由於低殘留物（即免洗）的助焊劑/焊膏的出現，很多人認為印製板及組件等不再需要清洗。但隨著電子元器件高集成化、高精密、高密度封裝及底部填充劑材料的變化，為了保證最終產品的高穩定性及可靠性就必須對電子元器件進行有效的清洗，因此IPC-CH-65B專門有關於清洗設計部分：
2.1對清洗對象的全面瞭解。印製板佈局、孔深徑比、組件幾何形狀、所採用的材料、焊接材料類型、組裝方式等，另外需要對清洗對象上的汙染物有必要的瞭解，根據汙染物的類型（極性汙染物、非極性汙染物）來設計清洗劑能更高效。
2.2對清洗劑主要有溶劑型、半水基型、環保水基型，根據環保指數、汙染物類型、材料兼容性及製程適用性對清洗劑類型進行選擇。為了清洗劑的設計更直觀，IPC-CH-65B提供了基本的方案。
表3：電子組件清洗劑設計方案：
2.3清洗設備的設計，根據生產效率要求和清洗對象的數量差別，有兩種設備模型可選用批量式和在線式。兩者有各自的特點，批量式清洗設備清洗量大、在同一節奏下有較高的清洗效率、受外界影響因素少；而在線式清洗設備，在線一次性完成清 洗、漂洗、烘乾全部工序，適合中高產量清洗。
2.4在IPC-CH-65B指南中所述的清洗工藝主要有靜態浸泡、超聲、噴淋、離心等，工藝設計通常根據清洗力、對清洗件損傷性、清洗精細度要求，適用的清洗對象等考察相應的清洗工藝。
表4：清洗工藝方案
在設計清洗方案時還需要考慮到清洗劑對工藝的適用性，如部分水基清洗劑含有少量表面活性劑而多泡，則不適合噴淋清洗工藝；更多水基清洗劑是兩相體系，易相分離所以不適合靜態浸泡和長時間超聲。所有涉及水基清洗劑的清洗工藝都需要在清洗後面增加適當次數的純水漂洗及乾燥工序，保證清洗對象的可靠性。
3.IPC材料兼容性提示
為確保印製電路板組件的可靠性，要求瞭解製造電子元器件和組件的原材料性能及特點，鑑別清洗工藝對外觀質量甚至整個元器件結構潛在的負面影響。清洗工藝中關鍵性的材料兼容性注意事項有元器件、組裝材料、清洗劑、清洗工藝中應用的衝擊能量，預計的工藝時間、溫度和設備設計。可能受清洗工藝嚴重影響的組件材料包括板敷銅層、表面鍍層、塑膠件、元器件、標籤、器件標識、合金金屬、塗覆層、非密封元器件、粘合劑等。所以在清洗工藝設計階段應對印製板組件物料與清洗工藝之間的兼容性進行測試。
3.1物料兼容性測試 兼容性測試通常是兩個時間週期進行。短時間的測試取決於設備或操作人員的預期清洗週期，可通過升高清洗溫度、加大機械力、延長工藝時間（合理的超出預期範圍）等方式進行測試；長時間的測試應該由封裝者或製造者決定，可通過長時間暴露測試或反覆多次暴露等方式，以驗證可能出現的膨脹、破裂、老化等不良現象的發生。
3.2不兼容表相：印製板組件物料與清洗工藝不兼容的表相有：尺寸變化、顏色變化或元器件表面變化、周圍液體顏色改變或者渾濁等。
3.3兼容性測試方法
3.3.1 對於非金屬物料和元器件的材料兼容性測試可參考Pratt Whitney 規範：PWA 36604非金屬物料的兼容性，B版本，06-08-98修訂。
3.3.2 對於金屬合金物料的兼容性測試可參考ASTMF-483《全浸腐蝕標準測試方法》
3.3.3 IPC聯合行業標準J-STD-001中對產品硬件的兼容性測試，從測試載體、測試試樣、樣本數量均有相應要求。
4.IPC印製線路板上的汙染及影響
組件貼片和結構的高密度化、低間隙組件下面會伴有很多助焊劑殘留及元器件的微型化組裝，使得達到適當的清潔等級變得越來越困難。和汙染有關的工藝過程和服務增大了元器件失效的潛在可能。腐蝕問題縮短了產品壽命，同時由於造成導線間離子遷移、元器件引腳間漏電流、電阻耦合和/或者電化學電池的形成等因素也造成了產品功能性下降。由此IPC就PCBA汙染物類型及可能造成的危害進行了引導性概述。
表5：PCBA汙染物分類
汙染物分類
a.電遷移；
b.支晶生長；
c.造成PCB線路、元器件引腳腐蝕，電路失效。
非極性汙染物
松香樹脂、焊接油或油脂、金屬氧化物、粘接劑殘留、指紋油防護用品油或油脂等。
a.吸附灰塵、靜電粒子；
b.引起導電不良；
c.影響測試及接插件的可靠性。
微粒狀汙染物
機械加工時的金屬和塑料雜質、松香微粒和玻璃纖維、焊料槽浮渣、微小焊料球錫珠及灰塵等。
a.加劇汙染危害。
5.組裝殘留物清洗的考慮要點
電子組裝製程的範圍從簡單到複雜，所設計材料非常廣泛，製程中的每個步驟所使用的每種材料都會對組件產生影響，最大的影響是化學物質殘留在組件表面。需要考慮的材料包括助焊劑、清洗溶劑、標籤、粘合劑、掩蔽材料、元器件殘留物、廢氣殘留等。
5.1助焊劑的種類、形態及經過焊接高溫後殘留物的可變性，都不同程度的決定了殘留物的清洗難度。每種助焊劑因其不同的化學組成，在焊接過程中可能發生高溫氧化、聚合、分解及與金屬鹽的結合反應等，導致殘留物可能發生固塑性等可變性，增加或改變殘留物的可清洗性。
5.2 清洗劑效果 一種清洗劑的選擇應基於清洗效率、材料兼容性、每塊產出單板的化學成本以及對環境的影響。
5.3 元器件問題和殘留物
5.3.1複雜的元器件幾何形狀、狹小的器件託高高度、非密封封裝的元器件可能夾裹的清洗液和溼氣，都有可能影響清洗過程和物料通過率。
5.3.2 元器件上的殘留物可能以顆粒、油或者膜的形式在組裝操作前被發現，這些殘留物在焊接後可能會一直存在於清洗的或未清洗（免清洗）的組件中。
5.3.3 組裝殘留物清洗過程的敏感性應該考慮如：金屬表面處理、低溫塑料、擦拭布或者其他暴露的電器插頭及其他材料，能依賴於清洗劑膨脹。如某些特定的元器件，不是為可生產性設計的，不具備可清洗性時，清洗選擇會受到限制。
5.4其他要點
組裝殘留物的清洗還應考慮除去助焊劑、清洗劑、及元器件之外的其他要點，如：人工手工作業引入的汙染物、可去除的不乾膠標籤、元器件包裝（如以編帶卷軸、托盤或者管裝形式）、暫時性阻焊材料、潤滑油和油脂、粘合劑、工作場所和周圍儲存條件。
結語
隨著電子行業的迅猛發展，生產商對電子產品中涉及的印製板及組件的可靠性、安全性提出了更高的清潔要求。而IPC-CH-65B作為全球電子行業清洗指南，在全球具有權威的專業指導性及有廣泛應用基礎，因此瞭解IPC-CH-65B的主要內容和條款並充分吸收和應用，對印製板及組件的清洗工藝設計、設備選擇、材料兼容性的考察等都有很大的幫助。
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