我國PCB板非ODS清洗技術現狀引發的思考

1.背景
　　1.1印刷電路板的非ODS清洗技術已基本解決
　　在聯合國開發計劃署（UNDP）、國家環境保護總局、信息產業部、清洗行業特別工作組、中國洗凈工程技術合作協會及其專家委員會、專業廠商等的支持、組織、努力下，我國印刷電路板（PCB）清洗的ODS替代技術，參照、吸收了先進國家和地區的經驗，并進行了國情化改進與創新，已基本解決。這在非ODS清洗展覽會、交流會、《洗凈技術》上都有交流與報導，特別是在中國清洗行業ODS淘汰全國工作會議《文件匯編》、原信息產業部電子第四十六所發表的《印制電路板非ODS清洗技術》、由國家環境保護總局清洗行業特別工作組組織、北京大學環境學院負責編寫的《清洗技術基礎教程》第七章“清洗替代技術及其發展趨勢”和《洗凈技術》2004年6、7期連載的《印制電路板的清洗技術》等文章中，均做了比較系統的介紹。
　　1.2當今的思考
　　1.2.1對行業發展的思考：
　　我國的電子信息制造業，2003年大陸的產值已近1.5萬億元人民幣，其中作為設備產品基礎部件的PCB占到整機的15～35%；目前境內PCB組裝主機、進口貼片機已達5200多臺，進口的SMT設備占全球的30%左右，電子信息設備產品已擴展到各個領域：生活用、工業用，民用、軍用，當地使用、出口境外，一般環境、惡劣環境等等，無所不到。由清洗參與的PCB生產，一方面規模大、關系我國的國民經濟，大有用武之地；另一方面，技術要求各不相同，必然要有多種應對技術，除一般解決方案，還需有專用解決方案。
　　1.2.2對技術發展的思考隨著“全球市場”、“全球制造”格局的興起，全球競爭更為激化，電子設備產品正朝著更精密化、更高科技化方向急速發展著，對PCB及PCB清洗有了更高的要求。如：
　　（1）感知與處理的信號更加微弱與靈敏。這就要求更小的背景“噪聲”，也就要有更為潔凈的PCB；
　　（2）工作頻率更高，帶寬更寬。也就要求電路環境的更高的一致性，更少的引起干擾的異物；
　　（3）更輕、小型化；
　　①更輕、小元件，如0201以至更小的chip元件的引入。
　　②更高的組裝密度，如元件間距小于0.2mm。這些都涉及組裝清洗的技術負擔。
　　（4）結構不同、焊點清洗部位隱蔽的新型器件如：microBGAs、Flip-Chips等的引入。
　　（5）更高的耐（電）壓趨勢。
　　（6）更惡劣的工作環境的適應性等等。
　　所有這些，一方面，擴大了PCB的清洗面，原不需作清洗處理的，現今要作清洗處理了；這就要消耗資源，增大成本，削弱競爭力，從而要有更優化的解決方案。另一方面，提出了新的技術需求，其一是：更精深的清洗技術；其二是：適應新型元器件組裝的清洗技術。這就涉及了清洗的工作負荷和清洗的技術負荷。
　　1.2.3對無鉛焊的思考
　　無鉛焊的興起，為適應無鉛焊的清洗，更加大了PCB的非ODS清洗技術的復雜性。當然也可看作是兩步并作一步完成的機遇，但畢竟加大了前進的跨距。
　　為此，總體而論，當今PCB清洗，其技術要求遠比氟氯烴ODS工藝時期更高了，而技術的制約性又遠比氟氯烴ODS時期更嚴了。這也就是需有多種解決方案的內在原因，也就是再要有“當今思考”的原因。
　　面臨的發展趨勢及引發的思考，諸如：
　　①新型元器件的組裝清洗
　　②無鉛焊的組裝清洗
　　③小產量清洗技術
　　④優化技術方案
　　2．面臨的發展趨勢
　　2.1新型元器件的組裝清洗
　　BGA封裝，由于其結構優勢，今后將更為普及。它正在向微細球距方向發展，到了microBGAs，焊后用以作為清洗液通道的與PCB的間隙變得十分微細，由此引起了新的清洗問題如：
　　（1）當它與其它的元器件一并組裝在PWB上成為PCB時，清洗液的滲入與排除以及相鄰元器件的阻擋就要有新的關注；
　　（2）由于其價格相對昂貴，都希望一次組裝成功，從而在焊劑的選用上大都放大了可焊性的保障考慮，將會相對放大焊劑的活性與用量。這就增大了對清洗的負荷。
　　（3）更重要的是無法目視，也無法透視，也就難以評價其潔凈程度；現實的辦法，只能依賴于清洗技術的保證。
　　以上這些在未有足夠實踐之前，還是要有謹慎的關注，必須解決好：
　　（1）焊劑選擇與清洗工藝的匹配以及焊后殘渣的性質與數量的控制；
　　（2）清洗劑的流入、流出的通道和相鄰元器件阻擋；
　　（3）盡量選用低粘度清洗劑；
　　（4）干燥熱風的走向與阻擋；
　　已有的一些考慮與設備技術：
　　（1）離心技術
　　（2）“垂直液流刀”技術
　　再如Flip-Chips等，更為精微，其焊球的直徑以及與PCB的間隙小到0.2mm以下，都有它們更特殊的問題要思考。一些技術與設備供應商為此也已有特別的供應注明，如：“所提供的設備能應用于microBGAs和Flip-Chips的處理”，自有它獨到的技術用意。
　　2.2無鉛焊組裝清洗
　　無鉛焊，同樣是為保護環境的大勢所趨，勢在必行。而無鉛焊，其難度遠大于非ODS清洗，至今未有較滿意的定論。其焊料品種繁多，但可焊性無一可及含鉛焊料，明顯影響到焊后的清洗。
　　2.2.1可焊性無一可及含鉛焊料，從而：
　　①更求助于助焊劑的活性，一般需選擇更高活性的助焊劑；
　　②更求助于助焊劑的用量，以適應更多污物（氧化物）的處理；在波峰焊時，大都將發泡涂布改為了噴霧涂布。
　　2.2.2焊接溫度一般高于含鉛焊料
　　除個別配方的共晶溫度低于含鉛焊料很多以外，有實用意義的無鉛料的焊接溫度大都高出含鉛焊料幾十度。
　　由于這些原因，無鉛焊后的殘渣量和洗凈難度，大都高于含鉛焊料。為此，在實際生產中，特別在延用含鉛焊料的清洗工藝時，需有精心的關注和技術的適應性調整。我國無鉛焊工藝尚在起步階段，感受與經驗還相當有限。更要注意的是，如上所述：①PCB生產，相對于清洗、焊接更是主工序；②相對于非ODS清洗，無鉛焊又更有技術難度，從而要有遷就無鉛焊發展的非ODS清洗技術的準備。事實上，無鉛焊技術開發中，至今只想極力借助助焊劑的支持，根本顧不上為簡化清洗而選擇助焊劑。
　　當然，導電膠工藝，可免除清洗，但很難成為主流技術。
　　2.3小產量清洗技術
　　以前ODS的淘汰工作，集中力量于ODS耗量大、一般技術又能解決的PCB生產“大戶”，未顧及產量小、又有特殊要求的眾多生產“小戶”。“大戶”解決后，“小戶”的問題即浮現了出來。
　　2.3.1這些“工廠”的特點是：
　　①產量小；
　　②戶數多；
　　③設備簡單，大都為手工、半手工；
　　④技術知識有限；作為輔助工種，無專人經管；
　　⑤對PCB潔凈度的要求，往往比較高；
　　⑥元器件品種多，高精、新型元器件更多。
　　2.3.2一般的技術考慮
　　①對人體、防火、防爆安全的高保障；
　　②PCB潔凈度的高保證；
　　③能適應高精、新型元器件，如microBGAs、Flip-chips等等。
　　④起動、操作、維護簡易；
　　⑤零排污或近零排污；
　　⑥設備小巧，占地少。
　　2.3.3設想與建議
　　立專項支持，以研究、選配、設計出典型性的工藝和設備，供大家共享，以徹底替代ODS，如：
　　①一般水基清洗工藝和設備
　　a.適用于一般技術要求的清洗；
　　b.由DFM和組裝焊接規范支持；
　　c.零排放，近零排放；
　　d.使用、維護簡易、清潔安全。
　　②高精水基清洗工藝和設備
　　a.勝任高精、高密、組裝有microBGAs、Flip-Chips等高新元器件的高潔凈清洗；
　　b.由DFM和組裝焊接規范支持；
　　c.零排放、近零排放；
　　d.參數自控，特別是潔凈度自控
　　e.設備整體整潔、精美。
　　③高精溶劑清洗工藝和設備
　　a.勝任高精、高密、組裝有microBGAs、Flip-Chips等高新元器件的高潔凈清洗；
　　b.由DFM和組裝焊接規范支持；
　　c.無毒、低毒、防火、防爆；
　　d.溶劑內循環，低排污；
　　e.參數自控，特別是潔凈度自控
　　f.設備整體整潔、精美。
　　2.4優化技術方案
　　ODS替代，即使在國際上也屬新事物，我國更是近幾年的事；PCB的清洗又有極為復雜的材料相容性和電氣相容等的困難，技術基礎薄弱，而時間緊迫，特別又遇上無鉛焊，新型元器件，以及電子技術高科技化趨勢等等，技術準備就更顯得不夠充分。正如很多專著中提及的，如：
　　（1）溶劑型的人身安全，防火、防爆，設備操作技術要求高等難題并未徹底解決。
　　（2）水基、半水基的耗水、耗電大，廢水污染等問題同樣未有滿意的解決方案；
　　（3）設備占地大，不緊湊；
　　（4）生產成本高；
　　這些與電子信息產業的精巧、精干的特色尚不相稱。希望在這代設備磨損更新時，有更先進更完善的技術和設備成長起來。當前，這方面已有了一些好的跡象，如：
　　（1）聲稱能勝任microBGAs、Flip-chips等新型元器件組裝的非ODS清洗；
　　（2）聲稱污水達到零排放，或近零排放；
　　（3）體積小，占地少，精巧，緊湊；
　　（4）耗電、耗水少。
　　（5）半自動、非流水，占用的勞動力并不更多；流水、自動，效率高、產量大。
　　（6）全局的參數自控、特別是潔凈度的自控（7）“柔性化”的趨向。
　　以上這些，均有助于PCB的非ODS清洗技術向縱深發展。
　　3.結語
　　我國PCB清洗的ODS替代，正面臨著向縱深發展、更上一層樓的轉折。PCB的清洗，原本是PCB組裝的輔助工序，其工藝技術必然與組裝相互制約。研發ODS替代技術時，孤立地就事論事、就清洗論清洗，不與上下工序一體思考，不延伸到上下游互動，就很難有更上一層樓的優化解決方案出現。例如：不把清洗的液流阻擋的排除，作為DFM（面向制造的設計）的制約因素歸進PCB設計，不把清洗的要求作為助焊劑選擇的制約因素去選擇助焊劑等等，就難有高質量、低成本、快速度的全局優化的非ODS清洗方案出現；潔凈度與產量也將難有保證。另一方面，也說明，“優化”是有前提的，是因地制宜的。
　　更優的清洗技術，有助于將ODS替代徹底進行到底、有助于我國電子信息制造業這經濟主力軍的參與全球市場的競爭；另一方面，更上一層樓的先進技術，也有助于有作為的清洗技術廠商贏得更為廣闊的市場機遇。

上一篇：如何實現無鉛再流焊溫度曲線的開發
下一篇介紹PCB成品、半成品成本精準核算方法
溫馨提示：
凡在本公司進行電路板克隆業務的客戶，必須有合法的PCB設計版權來源聲明，以保護原創PCB設計版權所有者的合法權益；