一.概述

绿色清洗技术又称为无公害清洗技术，与无铅焊接技术一起并列为电子装联两大基础关键技术之一，统称为电子装联绿色制造技术，是国家在电子装联领域内的重点攻关内容之一；目前无铅焊接技术已经引起电子行业的高度重视，而绿色清洗技术还没有提到应有的高度。

印制电路板组件是电子产品的核心部分，在印制电路板组件上组装焊接各种元器件、集成电路、芯片、各种电连接器、开关、组件时都必须涂覆助焊剂、焊膏等，再经过再流焊、波峰焊和手工焊才能完成印制电路板组件的组装焊接。

清洗是PCB 组装中的重要工序，它对电子产品的质量和可靠性起着至关重要的作用，绝不是可有可无、或者说仅仅是为了外观好看、或者说单纯是为了环保的需求。

对于高可靠电子产品，不论是通孔插装还是表面组装，无论采用哪一种工艺，在再流焊、波峰焊、浸焊或者手工焊后，也无论选用哪一种助焊剂，包括采用免清洗助焊剂后，印制电路板组件都必须进行严格的、一丝不苟的、有效清洗，以除去助焊剂残留物和各种污染物。特别对于表面组装工艺和无铅焊接技术后，在高密度、高精度组装中，由于助焊剂可进入表面组装元器件和基板之间的微小间隙，从而使得清洗显得更加困难也更显重要和必要。

清洗是清除污染物的过程。清洗过程的选择不仅取决于助焊剂的种类， 杂质的种类及组装的类型，还取决于具体使用的要求。例如，航天、航空和各种军事装备的高精密电子仪器，均要求极高的可靠性，为了符合特殊的使用要求，往往需要 2~3 个清洗工艺步骤。

受产品小批量多品种的限制，大部分军工企业长期以来局限于手工清洗，清洗剂一般用 120#航空洗涤汽油、无水乙醇或异丙醇；这种既原始又落后的清洗方法给电子产品的可靠性增添了许多潜在的隐患。

  在印制电路板组件整个生产过程中，各种污染物会残留在电路板组件上，必须清洗干净，才能确保电子产品的可靠性、工作寿命和电气性能。

  印制电路板组件的清洗设备及技术是一门系统技术，涉及设计、材料、工艺及设备各个领域。

寻找适合军工企业科研生产特点的印制电路板组件的绿色环保型清洗工艺方法，探讨清洗不彻底，吸附在PCB 表面的助焊剂残留物和各种污染物对元器件产生的危害是我们必须研究的项目。

1. 清洗目的

有效而成功地消除助焊剂焊后的残余污染物。

2. 污染物的定义

任何使电路、元器件或组件的化学、物理或电气性能降低到不合格水平的表面沉淀物、杂质、夹渣以及被吸收的物质。

3. 污染物的来源

在PCB 的装配、组件安装和表面贴装过程中，由于操作、助焊剂的使用及焊接和生产环境等均会产生不同程度的污染物。

4. 印制板组件污染物的来源

1） 元器件引线上的污染

最常见的污染物是表面氧化层和手印。形成表面氧化层的原因是元器件的存放时间、环境、包装等。手印的主要成分是水，肤油和氯化钠以及护手用品。

2） 装联操作中产生的污染

在装联过程中，对不需要焊接的部位多采用胶带、热塑化合物等掩膜保护起来。在高温焊接作用下，胶带粘接残留物会变成难以去除的污染物，  而残留在组件表面上。

3） 助焊剂的污染

印制板组件在焊接后有两种污染现象，一是助焊剂扩散造成的污染物， 二是助焊剂残留在PCB 上的污染物。常用的有松香性助焊剂既无极溶剂中的卤化物、免清洗焊剂白色沉淀物等残留物。

4） 焊接过程中的污染

PCBA 在焊接过程中要产生各种污染，主要是PCB 上微小的焊料球， 焊料槽内浮渣、焊料中的金属夹渣、防护油脂等。

5） 工作环境的污染

工作场地的尘埃、水及溶液剂的蒸汽、烟雾、微小颗粒有机物，以及静电引起的带电粒子。

5. 污染物的危害

1） 化学污染的危害

造成氧化腐蚀，发生化学反应。使金属机械强度下降，元器件引线断裂，印制线条断裂，金属化孔不良，可焊性下降，焊点变暗等严重现象。

2） 物理污染的危害

物理污染主要指印制电路板组件外观损坏，或由于湿气的凝聚、吸收和吸附作用，形成离子化污染的溶解，进而活化潜在的污染的危害。物理污染会加速化学污染、光学和其它污染，带来更严重的危害。

3） 机械污染的危害

产品在生产、使用过程中受到振动或摩擦的影响，造成印制表面与粘接剂界面的损伤与污染，还会产生镀层损伤，造成金属焊盘脱落及印制板组件脱离的危险。

4） 光学污染的危害

在光敏电路中，由于污染物的聚集，影响了对光的吸收和反射，造成电路信号改变或终止。

由于上述化学的、物理的、机械的、光学的污染，造成对电路性能的危害，导致改变或终止电路的正常信号的功能，出现电路中断、电阻增加、  局部发热氧化、甚至电路短路，当在较高温度和湿度作用下，还会产生漏电流，介电常数及损耗系数的改变等不良现象，最终导致产品失效。

印制电路板在焊接和清洗过程中，涉及的化学材料很多，如：Sn-Pb 焊料及各种微量金属元素（铝、锌等），还有它们的氧化物，各种焊剂，如 ： 松香性焊剂、水溶性焊剂等，焊膏中还有触变剂、溶剂等，电路板的层压材料、阻焊膜，空气中的潮气、氧气。清洗时的各种溶剂（含氯、氟的有机溶剂、酒精溶剂、水溶剂等），这么多化学材料，在焊接高温下和清洗过程中会发生化学反应。以常用的松香助焊剂为例：

常用的松香助焊剂由松香树脂组成，而松香树脂的主要成分是松香酸，  松香酸的分子中有不饱和的双键，因此特别容易氧化。印制电路板在焊接受热时，松香酸迅速氧化,形成过氧化物和酮化合物，这些化学成分比原来的树脂更不容易溶于溶剂。这样，电路板清洗后在电路板表面就会有明显的不规则的白斑分布，而且电路板受热较厉害的部分更加明显。

同时，松香型焊剂在焊接过程中会产生聚合反应，松香型焊剂的聚合反应常常是因为电路板过度受热引起。

焊剂中的松香本身是不溶于水的，但焊剂在储存和使用过程中，会吸收空气中的潮气，在用水清洗方式和含水酒精溶剂进行清洗时，同样会与水结合，发生水解反应。

当印制电路板进行焊接时，焊料表面和元器件的电极、引脚中的锡、铅、铜或铁等元素回合焊剂中的有机酸发生很复杂的化学反应，形成一系列复杂的化合物，其中以锡和铅的松香酸脂和海松酸甲酯为多，它们通常也是不溶于任何或含氯、含氟的溶剂。

焊剂当中的卤化物活性剂常用来提高焊剂的活性，但是在焊接过程中， 这些活性剂会和各种成分发生复杂的反应形成金属的卤酸盐，通常是锡、铅、铜的氯化物，如果电路板不进行清洗，固化的松香紧紧地把这些氯化物给包裹起来，使它们的活性难以发挥。

在松香层被破坏后，就表现为白色的斑块，而且这些氯化物会进一步与空气当中的水分和二氧化碳发生反应，形成碳酸盐。上述这些反应物将造成对电路性能的危害，导致改变或终止电路的正常信号的功能，出现电路中断、电阻增加、局部发热氧化、甚至电路短路，当在较高温度和湿度作用下，还会产生漏电流，介电常数及损耗系数的改变等不良现象，最终导致产品失效。

二.IPC-610E 对白色污染物的评判和分析

1. 助焊剂残留物

1）合格1，2，3级：清洁，无可见残留物。

2）可接受1，2，3级

（1） 对于清洗型助焊剂，不允许有可见残留物。

（2） 对于免清洗工艺，可允许有助焊剂残留物。

3）缺陷1，2，3级：可见的清洗助焊剂残留物，或电气配接面上的活性助焊剂残留物。

注1：经认证测试合格后，一级可接受。还要检查元器件内部或底部截留的助焊剂残留物。

1. 颗粒物

1）合格1，2，3级：洁净。

2）可接受1，2，3级

（1） 连接、裹挟、包封在印制电路组件表面或阻焊膜上。

（2） 没有违反最小电气间隙。

3）缺陷- 1，2，3级

（1） 颗粒物没有被连接、裹挟、包封。

（2） 违反最小电气间隙。

注：连接/裹挟/包封是指产品的正常使用环境将不会造成颗粒物被移动。

1. 氯化物、碳酸盐和白色残留物

1） 合格：1，2，3级：无可见残留物。2）缺陷1，2，3级

（1） PCB表面有白色残留物。

（2） 焊接端子上或周围有白色残留物。

（3） 金属表面有白色结晶物。

注：只要所用化学成分产生的残留物已经通过鉴定并有文件记录其特性是良性的，来自于免洗或其他工艺的白色残留物是可接受的。

1. 助焊剂残留物–免洗工艺–外观

1）可接受-1，2，3级

（1） 助焊剂残留在非公共焊盘、元器件引线或导体上，或其周围，或跨接在它们之间。

（2） 助焊剂残留物不妨碍目视检查。

助捍剂残留物不妨碍接近组件的测试点。

1） 缺陷

（1）3级：免清洗残留物上留有指印。

（2） 缺陷2，3级

a） 助焊剂残留物妨碍目视检查。

b） 助捍剂残留物妨碍接近组件的测试点。

c） 潮湿、有粘性、或过多的助焊剂残留物，可能扩展到其他表面。

（3）缺陷 1，2，3级

在任何电气连接表面上阻碍电气连接的免洗助焊剂残留物。

注1：用有机可焊保护剂（OSP）涂敷的组件，接触免洗工艺的助焊剂残留物而引致的表面变色不视作缺陷。

注2：残留物的外观可能因助焊剂的特性和焊接工艺的不同而异。

1. 表面外观

1）可接受 1，2，3 级：清洁的金属表面轻微的转暗。

2）缺陷1，2，3级

（1） 金属表面或部件上带有颜色的残留物或锈斑。

（2） 腐蚀的迹象。

三.板级电路模块焊后清洗常见质量问题的分析及解决措施

1. PCB 引起的白色残留物

PCB 引起的白色残留物，实质上是树脂残留物；是由于使用的环氧树脂及阻焊膜固化不完全，在PCB 清洗后产生的。解决的办法是确保 PCB

制造过程中环氧树脂固化时间和阻焊膜的光、热固化完全。对广大PCB 的用户主要是选择一个质量合格的PCB 制造商，并在入厂检验时强化对光板的质量检验及进行必要的预清洗。

2. 焊接过程中引起的白色残留物

使用松香类焊剂焊接时，在焊接的高温条件下，松香与溶融的锡铅合金发生化学反应，生成松香酸锡盐类。建议用稀释的松香水对这类白色残留物用刷子进行清洗，然后再用去离子水进行清洗。

3. 焊剂引起的白色残留物

焊剂引起的白色残留物是清洗后PCB 发白的主要原因；焊剂的固含量高，焊剂与清洗剂化学相容性不好，以及溶剂型焊剂、水溶性焊剂中含有的活性剂成分（常为卤化物）等均会形成很强的无机酸或有机酸；这些无机酸或有机酸不但能与金属氧化物起作用，也会与 PCB 上的金属线路及焊点本身发生反应，生成金属卤化物盐类，如PbCl2、PbBr2 等。在高温下将生成PbCO3，它是白色残留物的来源；无机酸或有机酸也可与松香结合。

为解决焊剂引起的白色残留物的方法，首先应从改变焊剂的成分，降低固含量；尽量缩短焊接后到清洗工序的周转时间，最好在 1h 内完成清洗工序；并保证操作环境的干燥。

如果不能在 1h 内完成清洗工序，随着时间的延长，不但会使焊剂引起的白色残留物变得十分难以清洗干净，而且对于某些类似开关、继电器等接触类的电器部件的连接失效。

松香助焊剂残留物对PCA 影响也是显而易见的：

松香是常用的焊剂，在电子工业中常用的是氢化松香脂，具有酸性很弱、绝缘电阻高（1×1013），焊后形成的膜性能稳定，使焊点及被焊件不受氧化的特点。松香由 90%的松香酸和 10%的中性物质组成，在焊接过程中松香酸和铜的氧化物发生化学反应，其反应式为：

在焊点周围产生金属碱，不溶于水，在常温下不产生腐蚀。但松香残留物具有吸湿性，在湿热条件下，松香膜易发白；同时松香具有粘性，会吸附大气中的灰尘和粒子，从而造成对 PCA 的污染和腐蚀，因此除一些消费类电子产品和低档次工业品外，松香助焊剂残留物必须彻底清洗干净。

4.清洗溶剂引起的发白

清洗溶剂引起的白色残留的物系松香酸与醇类清洗剂作用生成的松香脂，其结构与双萜类（EC-7R 是一种从柑桔皮中提取出来的萜烯类有机物） 相拟，当它挥发时会吸收周围空间的热量，若在潮湿的环境下，随着溶剂的挥发灰造成空气中水份冷凝，在PCB 上留下白色残留物。

清除清洗溶剂引起的白色残留物的方法是使用醇与水混合液清洗剂， 或在高压下用醇类清洗剂喷淋。

5. 清洗过程中操作不当引起的发白

操作不当引起的白色残留物，是影响 PCB 清洁度的重要原因之一，若焊接后至清洗工序的时间过长，会给白色残留物的生成创造条件，尤其是松香或树脂型焊剂，更应在焊接后立即完成清洗，以便最低限度的减少白色残留物的生成。清洗时，温度在 50~60℃，清洗时间一般为 3~5min 为宜 ，否则也会生成白色残留物。

6. 关于清洗后元器件表面字符脱落问题

GJB3243 规定，元器件应能承受 40℃的清洗液中至少浸泡 4min。如果清洗后元器件表面字符脱落则是由于元器件的外观质量不符合 GJB 3243 要求。

四.高可靠PCBA 对“白色污染物”的规定和要求

IPC-610E给出了某些污染物的评判分析，但同时又要求每个生产设施都应该建立一个以每种污染物容许残留值为基础的标准。本标准推荐采用下列测试方法建立相关的设施标准：基于J-STD-001采用离子萃取设备进行的污染物测试，以及如IPC-TM-650描述的环境条件下进行的绝缘阻抗测试和其他电气参数测试。

结合IPC-610E  对白色污染物的评判和分析，高可靠电子产品印制电路板组装件对白色污染物的合格要求应符合以下规定：

1. 清洁，无可见助焊剂残留物。

2. 洁净，无颗粒物。

3. 无可见氯化物、碳酸盐和白色残留物。

4. 清洁的金属表面轻微的转暗。

高可靠电子产品印制电路板组装件的洁净度要求必须满足 QJ165B- 2014“离子污染度1.56ug（NaCl）/cm2 或绝缘电阻值不小于 100 兆欧”的规定。

五.高可靠PCBA 对“白斑”的规定和要求

1. 什么是“白斑”

白斑是“一种发生在层压基材内部，玻璃纤维在编织交叉处与树脂分离的情形，表现为在基材表面下分散的白色斑点或“十字纹”，通常和热应力有关。

2. “白色污染物”与“白斑”的区别

需要说明的是PCBA 组装焊接清洗过程中产生的“白色污染物”与“白斑”属于两个不同的概念。

“白色污染物”是PCBA 组装焊接清洗过程中产生的多余物，而“白斑”是一种发生在层压基材内部，玻璃纤维在编织交叉处与树脂分离的情形，表现为在基材表面下分散的白色斑点或十字纹。

3. GJB362B 和 QJ831B 的作用

GJB362B 是刚性印制板通用规范，QJ831B 是航天用多层印制电路通用规范；GJB362B 和QJ831B 中的相关条款规定了对白斑的要求，是对印制板（PCB）的设计制造要求和验收标准。目前军品还没有印制板组件

（PCBA）焊接后对白斑的规定要求。

4. GJB362B 对白斑和微裂纹等的质量要求

1） 斑点

理想情况下应无斑点。斑点若属于下列情况可以接收：

（1） 斑点是半透明的；

（2） 斑点是显布纹，而不是分层或分离

（3） 孤立的斑点离导线的距离不小于 0.25mm。或经过任何焊接操作后不扩大（凝胶颗粒不管在任何位置均可以接收）。

2） 白斑和裂纹

理想情况下应无白斑和裂纹。若属于下列情况可以接收：

（1） 若印制板不用于高电场，则白斑可接收；但白斑总面积应不大于印制板总面积的 2%（两面计算），任何方向的尺寸应不大于 0.80mm；且不使相邻导电图形之间桥接；

（2） 裂纹未使导电图形的间距减小到低于布设总图中规定的最小值；

（3） 热应力试验后裂纹不扩大；

（4） 板边缘的裂纹不应使板边缘与导线的间距减小到低于布设总图中规定的最小值；若未规定最小值，则间距的减小应不大于 2.5mm；

（5） 裂纹不应超过相邻导线间距的 50%。

5. QJ831B 对白斑和微裂纹等的质量要求

1） 白斑和裂纹

如果不用于高电场，多层板上的白斑和裂纹应不大于多层板总面积的2%，在内层导线间，应不大于该处间距的 25%，在任何方向上的尺寸应不大于 0.8mm。

2） 表面下斑点

表面下斑点符合下列条件时，应判为合格

（1） 当表面下斑点是半透明的，或确知为显露布纹而不是分层和分离；

（2） 孤立的斑点距导线的距离至少 0.25mm；

（3） 经过任何焊接操作后不扩大。

6. 对白斑的管控措施

为提高产品设计和组装焊接质量，实施可制造性设计和工艺过程控制是必不可少的。 我们应立足预防为主，在设计阶段就对不同等级 PCB 的

可接受条件作出明确规定，其中包括 PCB 的验收要求；例如军品可以按照GJB362B 的规定进行PCB 的验收，这样就可以控制 PCB 供货的质量源头。在此基础上，强化 PCBA 组装焊接工艺控制，就可以避免类似白斑、微裂纹、分层和起泡等质量问题的出现。

如果我们的印制板是按照 GJB362B 验收的，就可以排除 PCB 货源的问题。在组装焊接中出现“白斑”的原因基本上是焊接温度过高，例如军品焊接无铅BGA 时峰值温度要达到 240℃，或手工焊接时实际焊接温度过高，焊接时间过长，PCB 的玻璃化转化温度过低等，需要引起我们的注意 。

7. 军品印制板组件（PCBA）焊接后对白斑的规定要求

7.1 SJ20385-2008《军用电子设备电气装配技术要求）

印制板组装件焊接后印制板不应有翘起、铜箔剥离、焊盘移位、桥接、  溅射、印制板烧伤及阻焊膜起泡等现象。

7.2 结合 GJB362B 和 QJ831B 对层压板的要求，印制板组装件焊接后印制板对白斑的要求应如下：

1） 斑点

（1） 合格：无斑点。

（2） 可接收

①斑点是半透明的；

②斑点是显布纹，而不是分层或分离；

③孤立的斑点离导线的距离不小于 0.25mm；

④经过任何焊接操作后不扩大（凝胶颗粒不管在任何位置均可以接收）。

2） 白斑和裂纹

（1） 合格：无白斑和裂纹。

（2） 可接收：

①若印制板不用于高电场，则白斑可接收；多层板上的白斑和裂纹应不大于多层板总面积的 2%；在内层导线间，应不大于该处间距的 25%；任何方向的尺寸应不大于 0.80mm；且不使相邻导电图形之间桥接；

②裂纹未使导电图形的间距减小到低于布设总图中规定的最小值；

③热应力试验后裂纹不扩大；

④板边缘的裂纹不应使板边缘与导线的间距减小到低于布设总图中规定的最小值；若未规定最小值，则间距的减小应不大于 2.5mm；

⑤裂纹不应超过相邻导线间距的 50%。