Chimica di pulizia del PCB: guida pratica per l'acquirente (specifiche tecniche, rischi, lista di controllo)

La scelta del prodotto chimico di pulizia del PCB corretto è la decisione più importante per prevenire la migrazione elettrochimica e garantire affidabilità a lungo termine in ambienti difficili. Gli acquirenti devono andare oltre le istruzioni generiche di "lavaggio" e specificare l'esatta compatibilità chimica, le finestre di concentrazione e le soglie di pulizia per evitare fallimenti latenti sul campo. Questa guida fornisce le specifiche tecniche, le strategie di mitigazione del rischio e i protocolli di convalida necessari per ottenere assiemi ad alta affidabilità.

Punti chiave

Soglie di pulizia: Il valore di riferimento del settore per la pulizia ionica è < 1,56 µg/cm² NaCl equivalente (secondo IPC-J-STD-001), ma i componenti elettronici di Classe 3 ad alta affidabilità spesso richiedono limiti più severi, in genere < 0,75 µg/cm².
L'energia superficiale è importante: Per il successivo rivestimento conforme o invasatura, l'energia superficiale del PCB deve in genere superare 40 dyne/cm per garantire bagnatura e adesione adeguate.
Tipi chimici: I prodotti chimici acquosi (saponificatori alcalini) sono standard per i flussi solubili in acqua, mentre i prodotti chimici semi-acquosi o a base di solventi sono necessari per residui difficili "non puliti" o componenti a basso livello.
Qualità del risciacquo: La resistività dell'acqua del risciacquo finale deve essere monitorata; è richiesto un minimo di 2 MΩ·cm, anche se 10 MΩ·cm sono preferibili per i circuiti sensibili.
Suggerimento per la validazione: Non fare affidamento esclusivamente sui test ROSE per i moderni flussi non puliti; spesso produce passaggi falsi. La cromatografia ionica (IC) è il gold standard per identificare specifiche specie corrosive.
Compatibilità dei materiali: Le sostanze chimiche altamente alcaline (pH > 11) possono attaccare i dissipatori di calore in alluminio, le superfici anodizzate e alcuni contrassegni dei componenti se non adeguatamente inibiti.
Basso rischio di distanziamento: I componenti con distanziatori inferiori a 50 µm (2 mil) richiedono prodotti chimici con bassa tensione superficiale (tipicamente < 30 dyne/cm) per penetrare ed eliminare i residui.

Contenuto

Ambito, contesto decisionale e criteri di successo
Specifiche da definire in anticipo (prima dell'impegno)
Rischi principali (cause principali, rilevamento precoce, prevenzione)
Convalida e accettazione (test e criteri di superamento)
Lista di controllo per la qualificazione del fornitore (RFQ, audit, tracciabilità)
Come scegliere (compromessi e regole decisionali)
FAQ (costi, tempi di consegna, file DFM, materiali, test)

Ambito, contesto decisionale e criteri di successo

L'ambito della selezione dei prodotti chimici per la pulizia dei circuiti stampati va oltre la semplice rimozione del flusso visibile. Comprende l'intera interazione tribologica tra i residui del flusso, il detergente, il processo di lavaggio (spruzzo/immersione) e i materiali PCB. L'obiettivo è rimuovere i contaminanti ionici e non ionici senza danneggiare l'hardware.

Metriche di successo misurabili

Pulizia ionica (ROSA): Il gruppo deve superare il test di resistività dell'estratto di solvente con un valore inferiore a 1,56 µg/cm² equivalente di NaCl.
Resistenza di isolamento superficiale (SIR): In condizioni di elevata umidità (85°C/85% RH), la resistenza di isolamento tra le tracce deve rimanere superiore a 100 MΩ (10^8 Ω) per 168 ore.
Pulizia visiva: Nessun residuo visibile con ingrandimento da 10x a 40x, controllo specifico attorno ai cavi a passo fine e sotto i corpi dei componenti (utilizzando l'ispezione dell'inclinazione).

Casi limite (fuori ambito/modalità di errore)

Chimica intrappolata: Se la sostanza chimica detergente stessa non viene eliminata, diventa un contaminante. Un controllo del pH dell'acqua di risciacquo che devia > 1,0 pH dal neutro indica un guasto.
Danni ai componenti: Qualsiasi deterioramento dei contrassegni dei componenti, dell'adesione delle etichette o delle guarnizioni elastomeriche costituisce un errore del processo, anche se la scheda è "pulita".

Specifiche da definire in anticipo (prima dell'impegno)Quando si emette una richiesta di offerta o un disegno tecnico, termini vaghi come "pulire accuratamente" non sono sufficienti. È necessario definire la finestra del processo e i vincoli chimici.

Parametri di processo critici

Tipo chimico: Specificare se il processo deve essere acquoso (acqua + saponificatore), semi-acquoso (lavaggio con solvente + risciacquo con acqua) o sgrassaggio con vapore (solo solvente).
Finestra di concentrazione: definisce l'intervallo di concentrazione consentito per il detergente, in genere da dal 10% al 25% in volume per i sistemi acquosi.
Temperatura di lavaggio: Specificare il profilo termico. La maggior parte dei saponificanti è attiva tra 60°C (140°F) e 71°C (160°F). Un superamento di questo limite può danneggiare i componenti; andando più in basso si riduce la solubilità.
Tempo di lavaggio/Velocità del nastro: Per i sistemi in linea, definire il tempo di esposizione, in genere da 3 a 5 minuti nella sezione di lavaggio.
Pressione di spruzzo: Gli spray ad alta pressione (fino a 80 PSI) sono necessari per componenti a basso distanziamento, ma possono danneggiare i collegamenti delicati dei cavi o gli interruttori non sigillati.
Qualità dell'acqua di risciacquo: Specificare acqua deionizzata (DI) con una resistività > 2 MΩ·cm (standard) o > 10 MΩ·cm (alta affidabilità).
Asciugatura: L'aria calda forzata o le lame d'aria devono garantire che non vi sia umidità intrappolata. Le temperature di essiccazione variano solitamente da 80°C a 110°C.
Compatibilità del flusso: La chimica deve essere esplicitamente abbinata al tipo di flusso (ad esempio OA, RMA, No-Clean).
Compatibilità dei materiali: Elenca tutti i materiali sensibili (ad esempio alluminio, policarbonato, adesivi acrilici) che i prodotti chimici non devono attaccare.
Conformità ambientale: I prodotti chimici devono soddisfare le normative locali sui COV (composti organici volatili) e gli standard REACH/RoHS.
Tensione superficiale: Per le schede HDI, specificare una chimica con tensione superficiale ridotta (spesso ottenuta tramite tensioattivi) per garantire la pulizia sotto i componenti.
Durata del bagno: Definire i criteri per lo scarico e il riempimento del bagno (ad esempio, in base all'NVR - accumulo di residui non volatili o alla variazione del pH).

Tabella dei parametri chiave

Parametro	Gamma tipica	Tolleranza/Limite	Perché è importante
Concentrazione di lavaggio	10% – 25%	±2%	Troppo basso = tavole sporche; Troppo alto = schiuma/residuo.
Temperatura di lavaggio	60°C – 70°C	± 5°C	Il calore attiva la reazione di saponificazione.
Resistenza al risciacquo	2 – 18 MΩ·cm	Min. 2 MΩ·cm	Garantisce che non vengano lasciati ioni conduttivi dall'acqua.
Pressione di spruzzo	40 – 80PSI	Massimo 80PSI	L'energia meccanica rimuove i residui solidi.
Velocità del trasportatore	0,5 – 1,5 m/min	±10%	Determina il tempo di permanenza nella zona chimica.
Temperatura di asciugatura	90°C – 110°C	Massimo 120°C	Deve far evaporare l'acqua dalle vie senza delaminazione.
Livello pH	9.5 – 11.5	± 0,5 pH	Fondamentale per la saponificazione; troppo alto attacca l'alluminio.
Tensione superficiale	20 – 30 dine/cm	Massimo 30	Necessario per penetrare distanziatori < 2 mil.

Rischi principali (cause profonde, diagnosi precoce, prevenzione)

I guasti nella chimica di pulizia del circuito stampato si manifestano solitamente come difetti latenti: schede che superano i test iniziali ma falliscono sul campo a causa della corrosione o delle correnti di dispersione.

1. Formazione di residui bianchi

Causa principale: Il detergente reagisce con il fondente ma non viene risciacquato completamente, oppure la sostanza chimica è esaurita (caricata di sali di fondente) e deposita nuovamente i residui.
Rilevazione precoce: Ispezione visiva sotto luce UV (i residui di flusso spesso emettono fluorescenza).
Prevenzione: Monitorare il caricamento del bagno (NVR) e cambiare frequentemente la chimica. Assicurarsi che la temperatura dell'acqua di risciacquo sia sufficientemente elevata (> 50°C) per evitare precipitazioni da shock termico.

2. Crescita dendritica (migrazione elettrochimica)

Causa principale: I residui ionici (alogenuri) rimasti tra le tracce si combinano con l'umidità e la tensione di polarizzazione per far crescere filamenti metallici.
Rilevazione precoce: Test di cromatografia ionica (IC) durante la qualificazione.
Prevenzione: Applicare rigorosi limiti di pulizia ionica (< 0,75 µg/cm² per la Classe 3). Utilizzare il test SIR per la convalida.

3. Intrappolamento di componenti (trappole chimiche)

Causa principale: L'elevata tensione superficiale impedisce ai prodotti chimici di fuoriuscire dallo spazio sotto QFN, BGA o schermi RF. Il fluido intrappolato diventa una batteria corrosiva.
Rilevazione precoce: Test "pop-off" (stacco di un componente) per ispezionare la parte inferiore per verificare la presenza di liquidi o corrosione.
Prevenzione: Utilizzare prodotti chimici a bassa tensione superficiale. Implementare "lame d'aria" ad angoli corretti. Evitare di posizionare i via sotto componenti a bassa distanza senza tende.

4. Attacco materiale (incisione/rigonfiamento)

Causa principale: il pH è troppo alto per i metalli anfoteri (alluminio) o i solventi sono incompatibili con la plastica (policarbonato).
Rilevazione precoce: Ispezione visiva per verificare l'eventuale opacizzazione dei giunti di saldatura o vaiolature sui dissipatori di calore.
Prevenzione: Verificare le tabelle di compatibilità dei materiali. Utilizzare detergenti alcalini inibiti per i gruppi in alluminio.

5. Degrado del giunto di saldatura

Causa principale: Energia ultrasonica eccessiva o esposizione acida/alcalina estremamente aggressiva che indeboliscono lo strato intermetallico.
Rilevazione precoce: Test di taglio o analisi della sezione trasversale.
Prevenzione: Limitare la densità di potenza ultrasonica. Se possibile, mantenere il pH nell'intervallo 4-10 o ridurre al minimo il tempo di esposizione.

6. Schiuma nella vasca di lavaggio

Causa principale: La saponificazione del flusso di colofonia crea sapone. Se gli agenti antischiuma sono esauriti, la schiuma blocca gli ugelli spruzzatori.
Rilevamento precoce: I sensori di pressione sui collettori di spruzzatura scendono; osservazione visiva della schiuma.
Prevenzione: Utilizzare prodotti chimici con antischiuma integrali. Monitorare la pressione di spruzzatura.

7. Asciugatura incompleta

Causa principale: Flusso d'aria o temperatura insufficiente nella zona di asciugatura.
Rilevazione precoce: Macchie d'acqua visibili sul tabellone; fallimento nel successivo rivestimento conforme (delaminazione).
Prevenzione: Assicurarsi che i moduli di asciugatura siano calibrati. Utilizzare lame ad aria per eliminare l'acqua dalle superfici piane.

8. Problemi di interazione "non pulita".

Causa principale: Pulire parzialmente un flusso "non pulito" è peggio che non pulirlo affatto. Espone gli attivatori attivi che erano incapsulati nella resina.
Rilevazione precoce: Residui bianchi e polverosi compaiono giorni dopo il lavaggio.
Prevenzione: Impegnarsi a pulire completamente (rimuovendo il 100% dei residui) o a non pulire affatto. Non "ritoccare" pulito.

Convalida e accettazione (test e criteri di superamento)

La convalida dimostra che i prodotti chimici di pulizia del circuito stampato e le impostazioni del processo funzionano effettivamente per la densità di assemblaggio specifica.

Tabella dei criteri di accettazione

Metodo di prova	Norma	Criteri di superamento	Frequenza
Ispezione visiva	IPC-A-610	Nessun residuo visibile a 10x-40x.	100% dei lotti
Test ROSA	IPC-TM-650 2.3.25	< 1,56 µg/cm² NaCl eq.	Per turno / Per lotto
Cromatografia ionica	IPC-TM-650 2.3.28	Cloruro < 0,5 µg/cm²; Bromuro < 0,5 µg/cm².	Trimestrale / Nuovo NPI
Test SIR	IPC-TM-650 2.6.3.7	> 100 MΩ a 85°C/85% UR.	Qualificazione del processo
Test della penna Dyne	ASTM D2578	> 40 dyne/cm (per spalmatura).	Controllo a campione
Resistenza all'acqua di risciacquo	Interno	> 2 MΩ·cm (monitor in linea).	Continuo

Suggerimenti per il campionamento e la copertura

Componenti fittizi: per la convalida, utilizzare componenti fittizi (vetrini o componenti in plastica trasparente) montati sul PCB per verificare visivamente la pulizia sotto il componente.
Posizioni peggiori: campiona sempre l'area con la densità di componenti più alta o il punto di stallo più basso (ad esempio, il centro di un campo BGA di grandi dimensioni).
Efficienza di estrazione: Per il test ROSE, assicurarsi che il tempo di estrazione sia sufficiente (spesso > 10 minuti) e che la soluzione venga riscaldata, se consentito, per solubilizzare completamente i residui.

Lista di controllo per la qualificazione dei fornitori (RFQ, audit, tracciabilità)

Utilizza questa lista di controllo per verificare un produttore a contratto (CM) o un fornitore di servizi di pulizia.* [ ] Controllo chimico: Il fornitore dispone di un sistema di dosaggio automatizzato per mantenere la concentrazione o viene eseguito manualmente? (È preferibile l'automazione).

Monitoraggio del bagno: Il bagno di lavaggio è monitorato per NVR (residuo non volatile) o gravità specifica per determinare quando scaricare/riempire?
Qualità dell'acqua di risciacquo: Esiste un sistema di acqua DI a circuito chiuso? Qual è il setpoint di resistività?
Tracciabilità del processo: È possibile collegare un numero di serie specifico della scheda ai dati relativi al lotto di lavaggio, alla temperatura e alla velocità?
Spray Shadowing: Il fornitore ha eseguito un'analisi dello "spray shadow" per il layout specifico della scheda (i componenti alti bloccano quelli bassi)?
Capacità di asciugatura: La macchina dispone di lame d'aria e zone di riscaldamento sufficienti per asciugare schermi RF complessi?
Controllo ESD: La macchina per la pulizia è collegata a terra e il flusso d'aria genera cariche statiche? (Potrebbero essere necessari ionizzatori).
Compatibilità dei materiali: Il fornitore ha verificato che la chimica non degraderà le vostre etichette, inchiostri o adesivi specifici?
Trattamento dei rifiuti: Il fornitore dispone di un processo di trattamento delle acque reflue conforme per i prodotti chimici esausti?
Accesso al laboratorio: Il fornitore dispone di test ROSE o IC interni o li esternalizza? (Internamente consente un feedback più rapido).
Programma di manutenzione: Esiste un programma documentato per la pulizia degli ugelli, la sostituzione dei filtri e la calibrazione dei sensori?
Modifica controllo: Il fornitore ti avviserà prima di modificare la marca chimica o i parametri di concentrazione?

Come scegliere (compromessi e regole decisionali)

Selezionare la giusta composizione chimica implica bilanciare il potere pulente con la compatibilità dei materiali e i costi.

Se si utilizza un flusso solubile in acqua (OA), scegliere un prodotto chimico acquoso (saponificatore) con un risciacquo con acqua DI di alta qualità.
Se si utilizza colofonia (RMA) o flusso No-Clean e è necessario pulirlo, scegliere un prodotto chimico semi-acquoso o a base di solvente ingegnerizzato, poiché l'acqua da sola non dissolve la resina.
Se il tuo assieme ha componenti con una distanza < 2 mil (ad esempio, CSP, flip chip), scegli una chimica con bassa tensione superficiale (< 30 dyne/cm) per garantire la penetrazione.
Se si dispone di dissipatori di calore o staffe in alluminio, scegliere un prodotto chimico a pH neutro o alcalino inibito per prevenire l'ossidazione e la vaiolatura.
Se è necessario un rivestimento conforme, scegliere una chimica verificata per non lasciare residui di tensioattivi, poiché i tensioattivi possono causare la delaminazione del rivestimento (occhi di pesce).
Se stai producendo schede ad alta frequenza (RF), scegli un processo che garantisca la rimozione di tutti i residui di flusso, poiché i residui agiscono come capacità parassita.
Se le normative ambientali sono rigorose (ad esempio, in Europa), scegliere un prodotto chimico acquoso privo di COV o a basso contenuto di COV piuttosto che uno sgrassaggio a vapore di solvente.
Se hai una produzione ad alto mix e basso volume, scegli un detergente batch (tipo lavastoviglie) rispetto a un detergente in linea per risparmiare sull'utilizzo di prodotti chimici e sui tempi di configurazione.
Se si utilizza saldatura senza piombo (temperature di riflusso più elevate), scegliere una chimica progettata per residui di flusso "bruciati", che sono più difficili da pulire.
Se il costo è il fattore principale e i requisiti di affidabilità sono bassi (Classe 1), scegli un processo No-Clean standard e salta completamente la fase di pulizia (se l'estetica lo consente).

Domande frequenti (costi, tempi di consegna, file DFM, materiali, test)

D: Perché pulire il flusso "No-Clean"? R: "No-Clean" è un termine di marketing, non una garanzia. È necessario pulirlo se:

Stai applicando il rivestimento conforme (i residui impediscono l'adesione).
L'applicazione è ad alta tensione (i residui riducono la tensione di rottura).
L'estetica conta (il flusso visibile sembra un difetto agli utenti finali).

D: Posso utilizzare l'alcol isopropilico (IPA) per la pulizia manuale? R: L'alcool isopropilico è efficace per alcuni residui freschi, ma spesso fallisce con il flusso senza piombo "bruciato".

Può diffondere i residui invece di rimuoverli (l'effetto "foschia bianca").
È infiammabile e non adatto ai processi di spruzzatura automatizzati. *Non dissolve facilmente gli attivatori ionici nei moderni flussi.D: Quanto aggiunge la pulizia automatizzata al costo dell'assemblaggio del PCB? R: Solitamente aggiunge da $ 0,50 a $ 2,00 per cartone, a seconda delle dimensioni e del volume.
Fattori di costo: consumo di prodotti chimici, produzione di acqua DI ed energia per l'essiccazione. *Il test di convalida (ROSE/IC) prevede un costo aggiuntivo NRE o per lotto.

D: Quali controlli DFM aiutano con la pulizia? R: DFM per la progettazione di stencil e il posizionamento dei componenti sono fondamentali.

Evitare di posizionare componenti alti (condensatori) immediatamente accanto a componenti bassi (QFN) per evitare "ombreggiature di spruzzo".
Orientare i componenti in modo che i "vicoli" tra loro siano allineati con la direzione del nastro (per pulitori in linea).
Aggiungere fori di drenaggio su piastre di terra di grandi dimensioni o schermi RF.

D: Qual è la differenza tra saponificatore e solvente? R:

Saponificatore: Reagisce chimicamente con la colofonia (acido) per trasformarla in sapone (sale), che viene lavato via con acqua.
Solvente: scioglie fisicamente i residui di fondente senza una reazione chimica.

D: Come faccio a sapere se l'acqua di risciacquo è sufficientemente pulita? R: Monitorare la resistività. *Standard: > 2 MΩ·cm.

Elevata affidabilità: > 10 MΩ·cm.
Se la resistività diminuisce, i letti di scambio ionico nel sistema di trattamento dell'acqua si esauriscono.

D: La pulizia può danneggiare i sensori MEMS? R: Sì.

I sensori di pressione e i microfoni spesso dispongono di porte che possono assorbire liquidi.
La pulizia ad ultrasuoni può frantumare le strutture interne dei giroscopi e dei cristalli MEMS.
Applicare sempre nastro adesivo sulle porte aperte o utilizzare processi "no-wash" per questi componenti.

D: Cos'è "White Scum" e come posso risolverlo? R: Solitamente si tratta di colofonia polimerizzata o di sali metallici.

Correzione: aumentare la concentrazione del lavaggio, aumentare la temperatura o ridurre la velocità del nastro.
Controllare se la chimica è caricata (satura) e necessita di essere sostituita.

Richiedi un preventivo/revisione DFM per la chimica di pulizia PCB (cosa inviare)

Quando richiedi un preventivo per un assemblaggio che richiede pulizia, fornisci quanto segue al tuo partner assemblaggio PCB:

Specifiche di pulizia: Dichiarare esplicitamente lo standard (ad esempio, IPC-J-STD-001 Classe 3).
Tipo di flusso: Specificare se si richiede idrosolubile o se No-Clean è accettabile (e se deve essere lavato).
Elenco dei componenti sensibili: Identifica le parti che non possono essere lavate o che richiedono cure speciali (MEMS, interruttori non sigillati).
Requisiti di test: Definire se sono necessari test ROSE per lotto o test IC periodici.

Glossario (termini chiave)

Termine	Definizione
Saponificatore	Una sostanza chimica alcalina che reagisce con la colofonia/acidi della resina per formare un sapone solubile in acqua.
Test ROSA	Resistività dell'estratto solvente. Un test di massa per la pulizia ionica che misura la conduttività totale.
SIGNORE	Resistenza di isolamento superficiale. Un test che misura la resistenza elettrica tra tracce in condizioni di umidità.
Livello Dyne	Una misura dell'energia superficiale. Livelli dyne più elevati (>40) indicano che la superficie è pulita e pronta per il rivestimento.
Flusso OA	Flusso di acido organico (solubile in acqua). Altamente attivo, richiede lavaggio con acqua, lascia residui corrosivi se non pulito.
Flusso RMA	Colofonia leggermente attivata. Flussante tradizionale, più difficile da pulire con la sola acqua.
NVR	Residuo non volatile. Il materiale solido rimasto quando il solvente evapora; utilizzato per misurare il carico del bagno.
Ombreggiamento	Quando un componente di grandi dimensioni impedisce allo spruzzo di liquido detergente di raggiungere un componente più piccolo dietro di esso.
Trascinamento	La quantità di prodotti chimici trasportati dalla vasca di lavaggio sulla scheda, che porta al consumo e alla contaminazione del risciacquo.
Dendrite	Un filamento metallico che cresce tra i conduttori a causa dell'elettromigrazione (presenza di ioni +

Conclusione

pcb cleaning chemistry è più facile da ottenere quando si definiscono in anticipo le specifiche e il piano di verifica, quindi li si conferma tramite DFM e si testa la copertura. Utilizza le regole, i checkpoint e i modelli di risoluzione dei problemi riportati sopra per ridurre i cicli di iterazione e proteggere il rendimento con l'aumento dei volumi. Se non sei sicuro di un vincolo, convalidalo con una piccola build pilota prima di bloccare la versione di produzione.