Chimie de nettoyage des PCB : manuel de jeu convivial pour l'acheteur (spécifications, risques, liste de contrôle)

La sélection de la bonne chimie de nettoyage des circuits imprimés est la décision la plus critique pour empêcher la migration électrochimique et garantir une fiabilité à long terme dans les environnements difficiles. Les acheteurs doivent aller au-delà des instructions génériques de « lavage » et spécifier exactement la compatibilité chimique, les fenêtres de concentration et les seuils de propreté pour éviter les défaillances latentes sur le terrain. Ce guide fournit les spécifications techniques, les stratégies d'atténuation des risques et les protocoles de validation nécessaires pour acquérir des assemblages de haute fiabilité.

Points clés à retenir

Seuils de propreté : La référence de l'industrie pour la propreté ionique est < 1,56 µg/cm² équivalent NaCl (selon IPC-J-STD-001), mais les composants électroniques de classe 3 à haute fiabilité nécessitent souvent des limites plus strictes, généralement < 0,75 µg/cm².
L'énergie de surface est importante : Pour un revêtement conforme ou un enrobage ultérieur, l'énergie de surface du PCB doit généralement dépasser 40 dynes/cm pour garantir un mouillage et une adhérence appropriés.
Types de produits chimiques : Les produits chimiques aqueux (saponifiants alcalins) sont standard pour les flux solubles dans l'eau, tandis que les produits chimiques semi-aqueux ou à base de solvants sont requis pour les résidus difficiles « sans nettoyage » ou les composants à faible distance de sécurité.
Qualité du rinçage : La résistivité de l'eau de rinçage finale doit être surveillée ; un minimum de 2 MΩ·cm est requis, bien que 10 MΩ·cm soit préféré pour les circuits sensibles.
Conseil de validation : Ne vous fiez pas uniquement aux tests ROSE pour les flux modernes sans nettoyage ; cela donne souvent de fausses passes. La chromatographie ionique (IC) est la référence en matière d'identification d'espèces corrosives spécifiques.
Compatibilité des matériaux : Les produits chimiques hautement alcalins (pH > 11) peuvent attaquer les dissipateurs thermiques en aluminium, les surfaces anodisées et certains marquages de composants s'ils ne sont pas correctement inhibés.
Faible risque d'espacement : Les composants avec des espaceurs inférieurs à 50 µm (2 mils) nécessitent une chimie à faible tension superficielle (généralement < 30 dynes/cm) pour pénétrer et éliminer les résidus.

Contenu

Portée, contexte décisionnel et critères de réussite
Spécifications à définir dès le départ (avant de vous engager)
Principaux risques (causes profondes, détection précoce, prévention)
Validation et acceptation (Tests et critères de réussite)
Liste de contrôle de qualification des fournisseurs (RFQ, audit, traçabilité)
Comment choisir (compromis et règles de décision)
FAQ (coût, délai, fichiers DFM, matériaux, tests)

Portée, contexte décisionnel et critères de réussite

La portée de la sélection des produits chimiques de nettoyage des circuits imprimés s'étend au-delà de la simple suppression du flux visible. Il englobe toute l'interaction tribologique entre les résidus de flux, l'agent de nettoyage, le processus de lavage (pulvérisation/immersion) et les matériaux PCB. L'objectif est d'éliminer les contaminants ioniques et non ioniques sans endommager le matériel.

Mesures de réussite mesurables

Propreté ionique (ROSE) : L'assemblage doit réussir le test de résistivité de l'extrait de solvant avec une valeur inférieure à 1,56 µg/cm² équivalent NaCl.
Résistance d'isolation de surface (SIR) : Sous une humidité élevée (85 °C/85 % HR), la résistance d'isolation entre les traces doit rester supérieure à 100 MΩ (10^8 Ω) pendant 168 heures.
Propreté visuelle : Aucun résidu visible à un grossissement de 10x à 40x, en vérifiant spécifiquement autour des fils à pas fin et sous les corps des composants (en utilisant l'inspection par inclinaison).

Cas limites (hors champ d'application / modes de défaillance)

Chimie piégée : Si les produits chimiques de nettoyage eux-mêmes ne sont pas rincés, ils deviennent un contaminant. Un contrôle du pH de l'eau de rinçage qui s'écarte de > 1,0 pH du neutre indique un échec.
Dommages aux composants : Toute dégradation des marquages des composants, de l'adhérence des étiquettes ou des joints en élastomère constitue une défaillance du processus, même si la carte est « propre ».

Spécifications à définir dès le départ (avant de vous engager)Lors de l'émission d'une demande de prix ou d'un dessin technique, des termes vagues comme « nettoyer à fond » sont insuffisants. Vous devez définir la fenêtre de traitement et les contraintes chimiques.

Paramètres de processus critiques

Type de chimie : Précisez si le processus doit être aqueux (eau + saponifiant), semi-aqueux (lavage au solvant + rinçage à l'eau) ou dégraissage à la vapeur (solvant uniquement).
Fenêtre de concentration : Définissez la plage de concentration autorisée pour l'agent de nettoyage, généralement 10 % à 25 % en volume pour les systèmes aqueux.
Température de lavage : Spécifiez le profil thermique. La plupart des saponifiants sont actifs entre 140°F (60°C) et 160°F (71°C). Le dépassement peut endommager les composants ; descendre plus bas réduit la solubilité.
Temps de lavage/vitesse de la bande : Pour les systèmes en ligne, définissez le temps d'exposition, généralement 3 à 5 minutes dans la section de lavage.
Pression de pulvérisation : Des pulvérisations à haute pression (jusqu'à 80 PSI) sont nécessaires pour les composants à faible distance, mais peuvent endommager les liaisons filaires délicates ou les interrupteurs non scellés.
Qualité de l'eau de rinçage : Spécifiez de l'eau désionisée (DI) avec une résistivité > 2 MΩ·cm (standard) ou > 10 MΩ·cm (haute fiabilité).
Séchage : L'air chaud pulsé ou les lames d'air doivent garantir l'absence d'humidité emprisonnée. Les températures de séchage varient généralement de 80°C à 110°C.
Compatibilité des flux : La chimie doit être explicitement adaptée au type de flux (par exemple, OA, RMA, No-Clean).
Compatibilité des matériaux : Répertoriez tous les matériaux sensibles (par exemple, aluminium, polycarbonate, adhésifs acryliques) que la chimie ne doit pas attaquer.
Conformité environnementale : La chimie doit être conforme aux réglementations locales en matière de COV (composés organiques volatils) et aux normes REACH/RoHS.
Tension superficielle : Pour les panneaux HDI, spécifiez une chimie avec une tension superficielle réduite (souvent obtenue via des tensioactifs) pour garantir le nettoyage des sous-composants.
Durée de vie du bain : Définir les critères de vidange et de remplissage du bain (par exemple, en fonction du NVR - accumulation de résidus non volatils ou changement de pH).

Tableau des paramètres clés

Paramètre	Gamme typique	Tolérance / Limite	Pourquoi c'est important
Concentration de lavage	10% – 25%	± 2%	Trop bas = planches sales ; Trop élevé = mousse/résidus.
Température de lavage	60°C – 70°C	± 5°C	La chaleur active la réaction de saponification.
Résistivité de rinçage	2 – 18 MΩ·cm	Min 2 MΩ·cm	Garantit qu'aucun ion conducteur ne soit laissé par l'eau.
Pression de pulvérisation	40 à 80 psi	Max 80 psi	L'énergie mécanique déloge les résidus solides.
Vitesse du convoyeur	0,5 – 1,5 m/min	± 10%	Détermine le temps de séjour dans la zone chimique.
Température de séchage	90°C – 110°C	Max 120°C	Doit évaporer l'eau des vias sans délaminage.
Niveau de pH	9,5 – 11,5	± 0,5 pH	Critique pour la saponification ; trop forte attaque l'aluminium.
Tension superficielle	20 – 30 dynes/cm	Maximum 30	Nécessaire pour pénétrer dans les impasses < 2 mil.

Risques clés (causes profondes, détection précoce, prévention)

Les défaillances des produits chimiques de nettoyage des cartes PCB se manifestent généralement par des défauts latents : des cartes qui réussissent les tests initiaux mais échouent sur le terrain en raison de la corrosion ou de courants de fuite.

1. Formation de résidus blancs

Cause fondamentale : L'agent de nettoyage réagit avec le flux mais n'est pas complètement rincé, ou le produit chimique est épuisé (chargé de sels de flux) et redépose des résidus.
Détection précoce : Inspection visuelle sous lumière UV (les résidus de flux sont souvent fluorescents).
Prévention : Surveillez la charge du bain (NVR) et changez fréquemment la chimie. Assurez-vous que la température de l’eau de rinçage est suffisamment élevée (> 50 °C) pour éviter toute précipitation due à un choc thermique.

2. Croissance dendritique (migration électrochimique)

Cause fondamentale : Les résidus ioniques (halogénures) laissés entre les traces se combinent à l'humidité et à la tension de polarisation pour faire croître des filaments métalliques.
Détection précoce : Tests de chromatographie ionique (IC) pendant la qualification.
Prévention : Appliquer des limites strictes de propreté ionique (< 0,75 µg/cm² pour la classe 3). Utilisez les tests SIR pour la validation.

3. Piégeage de composants (pièges chimiques)

Cause fondamentale : Une tension superficielle élevée empêche la chimie de sortir de l'espace sous les QFN, les BGA ou les blindages RF. Le liquide emprisonné devient une batterie corrosive.
Détection précoce : Tests « Pop-off » (en retirant un composant) pour inspecter le dessous à la recherche de liquide ou de corrosion.
Prévention : Utiliser des produits chimiques à faible tension superficielle. Implémentez des « couteaux à air » aux angles corrects. Évitez de placer des vias sous des composants à faible distance sans tente.

4. Attaque matérielle (gravure/gonflement)

Cause fondamentale : Le pH est trop élevé pour les métaux amphotères (aluminium) ou les solvants sont incompatibles avec les plastiques (polycarbonate).
Détection précoce : Inspection visuelle de l'émoussement des joints de soudure ou des piqûres sur les dissipateurs thermiques.
Prévention : Vérifiez les tableaux de compatibilité des matériaux. Utilisez des nettoyants alcalins inhibés pour les assemblages en aluminium.

5. Dégradation des joints de soudure

Cause fondamentale : Une énergie ultrasonique excessive ou une exposition acide/alcaline extrêmement agressive affaiblissant la couche intermétallique.
Détection précoce : Test de cisaillement ou analyse transversale.
Prévention : Limiter la densité de puissance des ultrasons. Maintenez le pH dans la plage de 4 à 10 si possible, ou minimisez le temps d'exposition.

6. Mousse dans la cuve de lavage

Cause fondamentale : La saponification du flux de colophane crée du savon. Si les agents anti-mousse sont épuisés, la mousse bloque les buses de pulvérisation.
Détection précoce : Les capteurs de pression sur les collecteurs de pulvérisation chutent ; observation visuelle de la mousse.
Prévention : Utiliser des produits chimiques avec des antimousses intégrés. Surveiller la pression de pulvérisation.

7. Séchage incomplet

Cause première : Débit d'air ou température insuffisants dans la zone de séchage.
Détection précoce : Taches d'eau visibles sur le tableau ; échec du vernissage ultérieur (délaminage).
Prévention : Assurez-vous que les modules de séchage sont calibrés. Utilisez des lames d'air pour éliminer l'eau des surfaces planes.

8. Problèmes d'interaction « sans nettoyage »

Cause fondamentale : Nettoyer partiellement un flux « sans nettoyage » est pire que ne pas le nettoyer du tout. Il expose les activateurs actifs encapsulés dans la résine.
Détection précoce : Résidu poudreux blanc apparaissant quelques jours après le lavage.
Prévention : Engagez-vous à nettoyer complètement (en éliminant 100 % des résidus) ou à ne pas nettoyer du tout. Ne faites pas de « retouches » propres.

Validation et acceptation (tests et critères de réussite)

La validation prouve que la chimie de nettoyage des circuits imprimés et les paramètres de processus fonctionnent réellement pour votre densité d'assemblage spécifique.

Tableau des critères d'acceptation

Méthode d'essai	Norme	Critères de réussite	Fréquence
Inspection visuelle	IPC-A-610	Aucun résidu visible à 10x-40x.	100% des lots
Test ROSE	IPC-TM-650 2.3.25	< 1,56 µg/cm² NaCl éq.	Par équipe / Par lot
Chromatographie ionique	IPC-TM-650 2.3.28	Chlorure < 0,5 µg/cm² ; Bromure < 0,5 µg/cm².	Trimestriel / Nouveau NPI
Test SIR	IPC-TM-650 2.6.3.7	> 100 MΩ à 85°C/85% HR.	Qualification des processus
Test du stylo Dyne	ASTM D2578	> 40 dynes/cm (pour revêtement).	Vérification ponctuelle
Résistivité de l'eau de rinçage	Interne	> 2 MΩ·cm (moniteur en ligne).	Continu

Conseils d'échantillonnage et de couverture

Composants factices : Pour la validation, utilisez des composants factices (lames de verre ou composants en plastique transparent) montés sur le PCB pour vérifier visuellement le nettoyage des sous-composants.
Emplacements dans les pires cas : échantillonnez toujours la zone avec la densité de composants la plus élevée ou la distance de sécurité la plus faible (par exemple, le centre d'un grand champ BGA).
Efficacité d'extraction : Pour les tests ROSE, assurez-vous que le temps d'extraction est suffisant (souvent > 10 minutes) et que la solution est chauffée si cela est autorisé, pour solubiliser complètement les résidus.

Liste de contrôle de qualification des fournisseurs (RFQ, Audit, Traçabilité)

Utilisez cette liste de contrôle pour auditer un fabricant sous contrat (CM) ou un fournisseur de services de nettoyage.* [ ] Contrôle chimique : Le fournisseur dispose-t-il d'un système de dosage automatisé pour maintenir la concentration, ou est-ce effectué manuellement ? (L'automatisation est préférable).

Surveillance du bain : Le bain de lavage est-il surveillé pour le NVR (résidus non volatils) ou la gravité spécifique afin de déterminer quand vider/remplir ?
Qualité de l'eau de rinçage : Existe-t-il un système d'eau DI en boucle fermée ? Quelle est la consigne de résistivité ?
Traçabilité des processus : Peuvent-ils associer un numéro de série de carte spécifique aux données de lot de lavage, de température et de vitesse ?
Spray Shadowing : Le fournisseur a-t-il effectué une analyse « d'ombre de pulvérisation » pour la configuration spécifique de votre carte (les composants hauts bloquent les composants courts) ?
Capacité de séchage : La machine dispose-t-elle de suffisamment de lames d'air et de zones de chauffage pour sécher les boucliers RF complexes ?
Contrôle ESD : La machine de nettoyage est-elle mise à la terre et le flux d'air génère-t-il des charges statiques ? (Des ioniseurs peuvent être nécessaires).
Compatibilité des matériaux : Le fournisseur a-t-il vérifié que les produits chimiques ne dégraderont pas vos étiquettes, encres ou adhésifs spécifiques ?
Traitement des déchets : Le fournisseur dispose-t-il d'un processus de traitement des eaux usées conforme pour les produits chimiques usés ?
Accès au laboratoire : Le fournisseur effectue-t-il des tests ROSE ou IC en interne, ou les externalise-t-il ? (L'interne permet un feedback plus rapide).
Calendrier de maintenance : Existe-t-il un calendrier documenté pour le nettoyage des buses, le remplacement des filtres et l'étalonnage des capteurs ?
Contrôle des modifications : Le fournisseur vous informera-t-il avant de modifier la marque chimique ou les paramètres de concentration ?

Comment choisir (compromis et règles de décision)

La sélection du bon produit chimique implique d’équilibrer le pouvoir nettoyant avec la compatibilité des matériaux et le coût.

Si vous utilisez un flux soluble dans l'eau (OA), choisissez une chimie aqueuse (saponifiante) avec un rinçage à l'eau DI de haute qualité.
Si vous utilisez du flux Rosin (RMA) ou No-Clean et avez besoin d'un nettoyage, choisissez une chimie semi-aqueuse ou à base de solvant technique, car l'eau seule ne dissoudra pas la résine.
Si votre assemblage comporte des composants avec une distance de sécurité < 2 mil (par exemple, CSP, flip chips), choisissez une chimie à faible tension superficielle (< 30 dynes/cm) pour garantir la pénétration.
Si vous avez des dissipateurs thermiques ou des supports en aluminium, choisissez une chimie alcaline au pH neutre ou inhibée pour éviter l'oxydation et les piqûres.
Si vous avez besoin d'un vernissage, choisissez une chimie dont il est vérifié qu'elle ne laisse aucun résidu de tensioactif, car les tensioactifs peuvent provoquer un délaminage du revêtement (yeux de poisson).
Si vous fabriquez des cartes haute fréquence (RF), choisissez un processus qui garantit l'élimination de tous les résidus de flux, car les résidus agissent comme une capacité parasite.
Si les réglementations environnementales sont strictes (par exemple en Europe), choisissez une chimie aqueuse sans COV ou à faible teneur en COV plutôt qu'un dégraissage à la vapeur de solvant.
Si vous avez une production à mélange élevé et à faible volume, choisissez un nettoyant par lots (style lave-vaisselle) plutôt qu'un nettoyant en ligne pour économiser sur l'utilisation de produits chimiques et le temps de configuration.
Si vous utilisez de la soudure sans plomb (temps de refusion plus élevés), choisissez une chimie conçue pour les résidus de flux « brûlés », qui sont plus difficiles à nettoyer.
Si le coût est le principal facteur et que les exigences de fiabilité sont faibles (classe 1), choisissez un processus standard sans nettoyage et sautez complètement l'étape de nettoyage (si l'esthétique le permet).

FAQ (coût, délai de livraison, fichiers DFM, matériaux, tests)

Q : Pourquoi nettoyer le flux « No-Clean » ? R : « No-Clean » est un terme marketing et non une garantie. Vous devez le nettoyer si :

Vous appliquez un vernis de protection (les résidus empêchent l'adhérence).
L'application est haute tension (les résidus réduisent la tension de claquage).
L'esthétique compte (le flux visible ressemble à un défaut pour les utilisateurs finaux).

Q : Puis-je utiliser de l'alcool isopropylique (IPA) pour le nettoyage manuel ? R : L'IPA est efficace pour certains résidus frais, mais échoue souvent sur les flux sans plomb « brûlés ».

Il peut répandre les résidus plutôt que de les éliminer (effet « brume blanche »).
Il est inflammable et ne convient pas aux processus de pulvérisation automatisés.
Il ne dissout pas facilement les activateurs ioniques dans les flux modernes.Q : Combien le nettoyage automatisé ajoute-t-il au coût d'assemblage du PCB ? R : Ajoute généralement 0,50 $ à 2,00 $ par planche, selon la taille et le volume.
Facteurs de coûts : consommation de produits chimiques, production d'eau désionisée et énergie pour le séchage.
Les tests de validation (ROSE/IC) sont des frais NRE ou par lot supplémentaires.

Q : Quelles vérifications DFM facilitent le nettoyage ? R : DFM pour la conception de pochoirs et le placement des composants sont essentiels.

Évitez de placer des composants hauts (condensateurs) immédiatement à côté de composants bas (QFN) pour éviter les « ombres de pulvérisation ».
Orientez les composants de manière à ce que les « allées » entre eux s'alignent avec la direction de la courroie (pour les nettoyeurs en ligne).
Ajoutez des trous de drainage dans les grands coussinets de terre ou les boucliers RF.

Q : Quelle est la différence entre un saponifiant et un solvant ? R :

Saponifiant : Réagit chimiquement avec la colophane (acide) pour la transformer en savon (sel), qui se lave avec de l'eau.
Solvant : Dissout physiquement les résidus de flux sans réaction chimique.

Q : Comment puis-je savoir si l'eau de rinçage est suffisamment propre ? R : Surveillez la résistivité.

Norme : > 2 MΩ·cm.
Haute fiabilité : > 10 MΩ·cm.
Si la résistivité chute, les lits d'échange d'ions du système de traitement de l'eau sont épuisés.

Q : Le nettoyage peut-il endommager les capteurs MEMS ? R : Oui.

Les capteurs de pression et les microphones sont souvent dotés de ports pouvant ingérer du liquide.
Le nettoyage par ultrasons peut briser les structures internes des gyroscopes et des cristaux MEMS.
Collez toujours les ports ouverts avec du ruban adhésif ou utilisez des processus « sans lavage » pour ces composants.

Q : Qu'est-ce que "White Scum" et comment puis-je y remédier ? R : Il s’agit généralement de colophane polymérisée ou de sels métalliques.

Correction : Augmentez la concentration du lavage, augmentez la température ou réduisez la vitesse de la bande.
Vérifiez si la chimie est chargée (saturée) et doit être remplacée.

Demander un devis/examen DFM pour la chimie de nettoyage des PCB (quoi envoyer)

Lorsque vous demandez un devis pour un assemblage nécessitant un nettoyage, fournissez les informations suivantes à votre partenaire Assemblage PCB :

Spécifications de propreté : Indiquez explicitement la norme (par exemple, IPC-J-STD-001 Classe 3).
Type de flux : Précisez si vous avez besoin d'un produit soluble dans l'eau ou si aucun nettoyage n'est acceptable (et s'il doit être lavé).
Liste des composants sensibles : Identifiez les pièces qui ne peuvent pas être lavées ou qui nécessitent un soin particulier (MEMS, interrupteurs non scellés).
Exigences de test : Définissez si vous avez besoin de tests ROSE par lot ou de tests IC périodiques.

Glossaire (termes clés)

Terme	Définition
Saponifiant	Un produit chimique alcalin qui réagit avec les acides colophane/résine pour former un savon soluble dans l’eau.
Test ROSE	Résistivité de l'extrait de solvant. Un test global de propreté ionique mesurant la conductivité totale.
MONSIEUR	Résistance d'isolation de surface. Un test mesurant la résistance électrique entre les traces sous humidité.
Niveau Dyne	Une mesure de l'énergie de surface. Des niveaux de dyne plus élevés (> 40) indiquent qu'une surface est propre et prête à être recouverte.
Flux OA	Flux d'acide organique (soluble dans l'eau). Très actif, nécessite un lavage à l'eau, laisse des résidus corrosifs s'il n'est pas nettoyé.
Flux RMA	Colophane légèrement activée. Flux traditionnel, plus difficile à nettoyer avec de l'eau seule.
NVR	Résidu non volatil. Le matériau solide laissé lorsque le solvant s’évapore ; utilisé pour mesurer la charge du bain.
Ombrage	Lorsqu'un composant de grande taille empêche le jet de liquide de nettoyage d'atteindre un composant plus petit situé derrière lui.
Traînage	La quantité de produits chimiques transportée de la cuve de lavage vers la planche, entraînant une consommation et une contamination par le rinçage.
Dendrite	Filament métallique qui se développe entre les conducteurs en raison de l'électromigration (présence d'ions +

Conclusion

pcb cleaning chemistry est plus facile à mettre en œuvre lorsque vous définissez tôt les spécifications et le plan de vérification, puis les confirmez via DFM et testez la couverture. Utilisez les règles, les points de contrôle et les modèles de dépannage ci-dessus pour réduire les boucles d'itération et protéger le rendement à mesure que les volumes augmentent. Si vous n'êtes pas sûr d'une contrainte, validez-la avec une petite version pilote avant de verrouiller la version de production.