无铅模板和误印的清洗

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在北美市场上出现的无铅产品，以及更有创意的清洗技术，引起了人们更加注意模板和印错焊膏的电路板的清洗技术。本文评估了无铅产品对当前的清洗工艺可能会造成的影响。

    元件密度的提高，有关的印制精度的提高，催生了更好、更先进的模板清洗技术。新的助焊剂配方以及焊料合金,例如无铅焊料,都向这些先进的清洗技术发出了挑战。早期的研究表明，在表面贴装技术的生产过程中，有六成的缺陷是由于不合格的焊料印刷而造成的。为了大量地减少缺陷的数量，电子生产商们投资到自动化清洗工艺。在使用低熔点焊料时，这种工艺的清洗结果始终如一而且可靠。根据用户的需要和要求，分别采用了使用溶剂、水或表面活化剂的清洗方法。虽然它们的清洗质量存在一些区别，但是，不同的清洗技术的清洗效果基本上都令人满意。随着产业界转到使无铅焊料，一项针对全球四十多家不同厂商的无铅产品的研究已经完成，这是一个费用很高的研究课题。
    无铅焊膏中的活化剂比低熔点焊膏更多。这些试验的不仅注重把模板和印制错误的电路板上的无铅焊膏去掉，而且要确保在清洗之后，不会有活化剂留在基片上。为了满足在清洁度方面的这些要求，人们研制了新的分析方法。

测试过程和要求
    因为大多数模板和印错的电路板的清洗是采用超声波清洗工艺和空气清洗工艺，这项无铅清洗的评估在整个北美、欧洲和亚洲的应用技术中心进行。在试验前，把各种无铅焊料印刷到标准模板上。针对行业中的焊膏印制工艺，为了做到更有代表性，特别注重孔径的选择，孔径的范围从0.508 mm（0.020"）到0.813mm（0.032" ）。
    根据经验，对最坏的情况进行了模拟。例如，所得到的结果可以提供最广泛的清洗处理窗口，从而得到有用的结论。用手工将每种焊膏印刷上去，在24小时后进行清洗工艺。在这个期间，在实验室里指定的地方，在空调环境下把焊膏风干。用在金属箔表面焊膏的份量(350mg/in2)比通常留在产品模板（图1）

图1 印刷了焊膏和清洗前后的模板和印刷电路板

上的焊膏的量多5倍。基于这些假设，把每种无铅焊膏印刷到标准的测试板上，模拟无铅焊膏误印的情况。印刷工艺完成后，把测试板放到一边风干24小时，然后清洗。

测试参数
    超声波清洗设备配有标准的40KHz超声波传感器，功率密度为25 W/L。空气清洗设备采用独立的冲洗和漂洗部分。这两部分都连接到具有喷射压力为22psi的旋转手臂上。根据不同的清洗剂，基板利用合适的清洗剂和DI-water进行了漂洗，清洗剂经过过滤（表1和表2）。

清洗评估
    在完成清洗之后，在40倍的显微镜下，利用微分干涉差，检查模板和误印电路板。利用偏振光源，可以非常容易看到污染物——特别是在金属面上。

    对于基板上的任何焊膏残渣的检测，采用洁净度测量方法：
    在微分干涉差检测法的帮助下检查表面；
● 手工抹除测试；
● 测量离子污染；
● 接触角度测量 (CAM)。

    用手工抹除测试来对模板的清洁程度进行进一步评估。选择特别的纺织品来评估留在表面上指定范围中的焊膏残渣的数量。在洁净度评估中，要特别注意实际使用的纺织品，及其相关重量。根据过去的观察，清洗的结果令人满意，留下来的焊膏残渣不到0.1mg/in2。表3总结了所得到的清洗结果。

    接着进行的是用于误印的电路板的测试流程。用离子污染测量和接触角度测量来对残渣进行测量。在离子污染测量中，如果残留物低于10.06 μg/in2，则认为电路板是干净的。在接触角度测量中，相对于粒子污染测量，助焊剂测试和其他分析值，当试验结果在38和42mN/m之间时，就认为电路板属于高度洁净。

    为了得到有意义的结果，在这项研究中，使用从不同的焊膏生产商的SAC合金。对于确定不同助焊剂系统的重要程度而言，这是必要的。例如，请不同的制造商都提供他们的SAC 305合金，因为在助焊剂技术方面，它们的差别很大。通过这项研究，我们得到结论，在清除能力方面，不同的产品间没有区别。换句话说，对于基于溶剂和水的清洗剂，对于清除焊膏，在清洗时并没有困难，也不需要其他的优化处理。这些发现是基于综合的接触角测量，离子污染测量以及直观分析得到的。

     只有将各种分析测试都结合到一起，才能对洁净程度进行一个全面的评估。在检测印刷出错的电路板时，采用了一个新的分析方法来计算表面能量值。用户可以用这个方法评估洁净程度，并且确定出污染的极化和无极化成分。由于在无铅焊膏中使用更高级的活化剂，这些值可以提供一些重要的信息，可以用它来改进有关的清洗工艺。只提供整个的表面能量值。与基于溶剂和水的产品所获得的良好的清洁结果相反，它测出对于基于表面活化剂的清洁剂，有一些焊膏是难以去除的。活化剂的数量的不同，会造成表面活化剂和要清洗的残留物之间的化学不匹配。

结论
    这项试验证实，最近许多客户都转到使用无铅焊料，但是，用户可以继续使用现存的（用于低熔点焊膏）模板和印制错误的清洗工艺，不需要做重大的改变。这也意味着转到无铅产品不会带来增加处理费用——这点是很罕见的。在评测中，观察到一些令人不满意的清洗结果，目前使用基于表面活化剂的清洗工艺的用户，在转到无铅之前，应该做一些测试；或者是请有能力的清洗服务提供商在技术上帮助你。

* MPC基清洗剂, ZESTRON America公司。如果想要完整的参考文献，请与作者联系。

作者简介
Umut Tosun是ZESTRON America的应用技术经理，他的电话是(1) 703-589-1198转102；电邮地址: U.Tosun@zestronusa.com。

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