Химия для очистки печатных плат: руководство для покупателя (спецификации, риски, контрольный список)

Выбор правильного химического средства для очистки печатных плат является наиболее важным решением для предотвращения электрохимической миграции и обеспечения долгосрочной надежности в суровых условиях окружающей среды. Покупатели должны выйти за рамки общих инструкций по «мойке» и указать точную химическую совместимость, окна концентрации и пороговые значения чистоты, чтобы избежать скрытых сбоев в полевых условиях. В этом руководстве представлены технические характеристики, стратегии снижения рисков и протоколы проверки, необходимые для приобретения высоконадежных сборок.

Ключевые выводы

Пороги чистоты: Базовый уровень ионной чистоты в отрасли составляет < 1,56 мкг/см² в эквиваленте NaCl (согласно IPC-J-STD-001), но для высоконадежной электроники класса 3 часто требуются более строгие пределы, обычно < 0,75 мкг/см².
Поверхностная энергия имеет значение: Для последующего конформного покрытия или заливки поверхностная энергия печатной платы обычно должна превышать 40 дин/см, чтобы обеспечить надлежащее смачивание и адгезию.
Типы химических составов: Водные химические составы (щелочные омыляющие средства) являются стандартными для водорастворимых флюсов, тогда как полуводные или основанные на растворителях химические составы необходимы для трудноотмываемых остатков или компонентов с низким зазором.
Качество ополаскивания: Необходимо контролировать сопротивление воды при окончательном ополаскивании; требуется минимум 2 МОм·см, хотя для чувствительных схем предпочтительнее 10 МОм·см.
Совет по проверке: Не полагайтесь исключительно на результаты испытаний ROSE для современных флюсов, не требующих очистки; это часто дает ложные пасы. Ионная хроматография (ИК) является золотым стандартом для идентификации конкретных коррозионно-активных веществ.
Совместимость материалов: Сильнощелочные химические вещества (pH > 11) могут повредить алюминиевые радиаторы, анодированные поверхности и маркировку некоторых компонентов, если их не заблокировать должным образом.
Низкий риск зазора: Компоненты с зазором менее 50 мкм (2 мил) требуют химических веществ с низким поверхностным натяжением (обычно < 30 дин/см) для проникновения и вымывания остатков.

Содержание

Объем, контекст принятия решения и критерии успеха
Характеристики для определения заранее (перед фиксацией)
Основные риски (коренные причины, раннее выявление, предотвращение)
Проверка и приемка (тесты и критерии прохождения)
Контрольный список квалификации поставщика (запрос предложений, аудит, отслеживание)
Как выбрать (компромиссы и правила принятия решений)
Часто задаваемые вопросы (стоимость, время выполнения, файлы DFM, материалы, тестирование)

Объем, контекст принятия решения и критерии успеха

Выбор химии для очистки печатных плат выходит за рамки простого удаления видимого флюса. Он охватывает все трибологическое взаимодействие между остатками флюса, чистящим средством, процессом промывки (распыление/погружение) и материалами печатной платы. Цель состоит в том, чтобы удалить ионные и неионные загрязнения, не повреждая оборудование.

Измеримые показатели успеха

Ионная чистота (РОЗА): Сборка должна пройти испытание на удельное сопротивление экстракта растворителя со значением ниже 1,56 мкг/см² в эквиваленте NaCl.
Сопротивление изоляции поверхности (SIR): При высокой влажности (85°C/85 % относительной влажности) сопротивление изоляции между проводами должно оставаться выше 100 МОм (10^8 Ом) в течение 168 часов.
Визуальная чистота: Никаких видимых остатков при 10–40-кратном увеличении, особенно при проверке вокруг выводов с мелким шагом и под корпусами компонентов (с использованием проверки наклона).

Граничные случаи (вне области применения/режимы отказа)

Захваченная химия: Если чистящая химия не смывается, она становится загрязнителем. Проверка pH промывочной воды, если отклонение pH > 1,0 от нейтрального, указывает на неисправность.
Повреждение компонента: Любое ухудшение маркировки компонентов, прилипания этикеток или эластомерных уплотнений представляет собой нарушение процесса, даже если плата «чистая».

Спецификации для определения заранее (до того, как вы примете решение)При отправке запроса на предложение или технического чертежа расплывчатых терминов, таких как «тщательная очистка», недостаточно. Вы должны определить технологическое окно и химические ограничения.

Критические параметры процесса

Тип химии: Укажите, должен ли процесс быть водным (вода + омыляющее средство), полуводным (промывка растворителем + промывка водой) или паровым обезжириванием (только растворитель).
Окно концентрации: Определите допустимый диапазон концентрации чистящего средства, обычно от 10% до 25% по объему для водных систем.
Температура стирки: Укажите температурный профиль. Большинство омылителей активны при температуре 140°F (60°C) и 160°F (71°C). Превышение этого значения может привести к повреждению компонентов; понижение снижает растворимость.
Время стирки/скорость ленты: Для поточных систем задайте время воздействия, обычно от 3 до 5 минут в секции стирки.
Давление распыления: Распыление под высоким давлением (до 80 фунтов на квадратный дюйм) необходимо для компонентов с малым зазором, но оно может повредить хрупкие соединения проводов или незагерметизированные переключатели.
Качество промывочной воды: Укажите деионизированную (ДИ) воду с удельным сопротивлением > 2 МОм·см (стандарт) или > 10 МОм·см (высокая надежность).
Сушка: Принудительная обработка горячим воздухом или воздушными ножами должна обеспечивать отсутствие удерживаемой влаги. Температура сушки обычно варьируется от 80°C до 110°C.
Совместимость флюса: Химический состав должен точно соответствовать типу флюса (например, OA, RMA, No-Clean).
Совместимость материалов. Перечислите все чувствительные материалы (например, алюминий, поликарбонат, акриловые клеи), на которые не должны воздействовать химические вещества.
Соответствие экологическим требованиям: Химический состав должен соответствовать местным нормам по ЛОС (летучим органическим соединениям) и стандартам REACH/RoHS.
Поверхностное натяжение: Для плит HDI укажите химический состав с пониженным поверхностным натяжением (часто достигается за счет поверхностно-активных веществ), чтобы обеспечить очистку под компонентами.
Срок службы ванны: Определите критерии для сброса и повторного наполнения ванны (например, на основе NVR — накопления нелетучих остатков или изменения pH).

Таблица ключевых параметров

Параметр	Типичный диапазон	Допуск/Предел	Почему это важно
Концентрация стирки	10% – 25%	± 2%	Слишком низко = грязные доски; Слишком высокое = пенообразование/остаток.
Температура стирки	60°С – 70°С	± 5°С	Тепло активирует реакцию омыления.
Сопротивление полосканию	2 – 18 МОм·см	Мин. 2 МОм·см	Гарантирует, что в воде не останется проводящих ионов.
Давление распыления	40 – 80 фунтов на квадратный дюйм	Макс. 80 фунтов на квадратный дюйм	Механическая энергия выбивает твердые остатки.
Скорость конвейера	0,5 – 1,5 м/мин	± 10%	Определяет время пребывания в химической зоне.
Температура сушки	90°С – 110°С	Макс. 120°C	Должен испарять воду из переходных отверстий без расслоения.
Уровень pH	9,5 – 11,5	± 0,5 pH	Критичен для омыления; слишком сильная атака на алюминий.
Поверхностное натяжение	20 – 30 дин/см	Макс 30	Требуется для проникновения в зазоры толщиной < 2 мил.

Ключевые риски (коренные причины, раннее выявление, предотвращение)

Неисправность химических средств для очистки печатных плат обычно проявляется в виде скрытых дефектов — платы, которые проходят первоначальные испытания, но выходят из строя в полевых условиях из-за коррозии или токов утечки.

1. Образование белого остатка

Основная причина: Чистящее средство вступает в реакцию с флюсом, но не смывается полностью, или химический состав исчерпан (нагружен солями флюса) и снова откладывает остатки.
Раннее обнаружение: Визуальный осмотр в УФ-свете (остатки флюса часто флуоресцируют).
Профилактика: Контролируйте загрузку ванны (NVR) и часто меняйте химический состав. Убедитесь, что температура воды для промывки достаточно высока (> 50°C), чтобы предотвратить образование осадков при термическом шоке.

2. Дендритный рост (электрохимическая миграция)

Основная причина: Ионные остатки (галогениды), оставшиеся между следами, в сочетании с влагой и напряжением смещения приводят к росту металлических нитей.
Раннее обнаружение: Ионная хроматография (ИК) во время квалификации.
Профилактика: Обеспечьте строгие ограничения ионной чистоты (< 0,75 мкг/см² для класса 3). Используйте тестирование SIR для проверки.

3. Удержание компонентов (химические ловушки)

Основная причина: Высокое поверхностное натяжение предотвращает выход химических веществ из пространства под QFN, BGA или радиочастотными экранами. Захваченная жидкость становится коррозийной батареей.
Раннее обнаружение: Тесты на отрыв (отсоединение компонента) для проверки нижней стороны на наличие жидкости или коррозии.
Профилактика: Используйте химикаты с низким поверхностным натяжением. Установите «воздушные ножи» под правильным углом. Избегайте размещения переходных отверстий под компонентами с малым расстоянием без наложения.

4. Атака материала (травление/разбухание)

Основная причина: pH слишком высок для амфотерных металлов (алюминия) или растворители несовместимы с пластиками (поликарбонатом).
Раннее обнаружение: Визуальный осмотр на предмет потускнения паяных соединений или питтинга на радиаторах.
Профилактика: Проверьте таблицы совместимости материалов. Используйте ингибированные щелочные чистящие средства для алюминиевых сборок.

5. Деградация паяного соединения

Основная причина: Чрезмерная энергия ультразвука или чрезвычайно агрессивное кислотное/щелочное воздействие, ослабляющее интерметаллидный слой.
Раннее обнаружение: Испытание на сдвиг или анализ поперечного сечения.
Профилактика: Ограничьте плотность мощности ультразвука. По возможности поддерживайте pH в диапазоне 4–10 или минимизируйте время воздействия.

6. Пена в промывочном баке

Основная причина: При омылении канифольного флюса образуется мыло. Если пеногасители закончились, пена блокирует распылительные форсунки.
Раннее обнаружение: падение датчиков давления на коллекторах распыления; визуальное наблюдение пены.
Профилактика: Используйте химию с встроенными пеногасителями. Следите за давлением распыления.

7. Неполное высыхание

Основная причина: Недостаточный поток воздуха или температура в зоне сушки.
Раннее обнаружение: На доске видны пятна воды; разрушение последующего конформного покрытия (расслоение).
Профилактика: Убедитесь, что сушильные модули откалиброваны. Используйте воздушные ножи, чтобы срезать воду с плоских поверхностей.

8. «Нечистые» проблемы взаимодействия

Основная причина: Частичная очистка неочищенного флюса хуже, чем не очистка его вообще. Он обнажает активные активаторы, инкапсулированные в смолу.
Раннее обнаружение: Белый порошкообразный остаток появляется через несколько дней после стирки.
Профилактика: Обеспечьте полную очистку (удаление 100 % остатков) или не очистите ее вообще. Не «подкрашивайте» чистоту.

Проверка и приемка (тесты и критерии прохождения)

Проверка доказывает, что химия для очистки печатной платы и настройки процесса действительно подходят для вашей конкретной плотности сборки.

Таблица критериев приемки

Метод испытания	Стандарт	Критерии прохождения	Частота
Визуальный осмотр	МПК-А-610	Никаких видимых остатков при увеличении 10x-40x.	100% лотов
Тестирование РОЗА	МПК-ТМ-650 2.3.25	< 1,56 мкг/см² экв. NaCl.	За смену/За партию
Ионная хроматография	МПК-ТМ-650 2.3.28	Хлорид < 0,5 мкг/см²; Бромид < 0,5 мкг/см².	Ежеквартально / Новый НПИ
Тестирование SIR	МПК-ТМ-650 2.6.3.7	> 100 МОм при 85°C/85% относительной влажности.	Квалификация процесса
Дайн-Пен-тест	АСТМ Д2578	> 40 дин/см (для покрытия).	Выборочная проверка
Сопротивление промывочной воде	Внутренний	> 2 МОм·см (линейный монитор).	Непрерывный

Советы по выборке и охвату

Имитаторы компонентов: Для проверки используйте макеты компонентов (стеклянные предметные стекла или компоненты из прозрачного пластика), установленные на печатной плате, чтобы визуально проверить очистку под компонентами.
Местоположения для наихудшего случая. Всегда проверяйте область с наибольшей плотностью компонентов или наименьшим расстоянием (например, в центре большого поля BGA).
Эффективность экстракции: Для тестирования ROSE убедитесь, что время экстракции достаточно (часто > 10 минут) и раствор нагревается, если это разрешено, для полной растворимости остатков.

Контрольный список квалификации поставщика (запрос предложений, аудит, отслеживаемость)

Используйте этот контрольный список для проверки контрактного производителя (CM) или поставщика услуг по уборке.* [ ] Химический контроль: Имеется ли у поставщика автоматизированная система дозирования для поддержания концентрации или это делается вручную? (предпочтительно автоматизированный).

Мониторинг ванны: Происходит ли в стиральной ванне мониторинг NVR (нелетучих остатков) или удельного веса, чтобы определить, когда сливать/заливать воду?
Качество промывочной воды: Имеется ли замкнутая система дистиллированной воды с замкнутым контуром? Каково заданное значение удельного сопротивления?
Отслеживание процесса: Могут ли они связать конкретный серийный номер платы с данными о партии стирки, температуре и скорости?
Затенение распылением: Выполнил ли поставщик анализ «тени распыления» для вашей конкретной компоновки платы (высокие компоненты блокируют короткие)?
Возможность сушки: Имеет ли машина достаточное количество воздушных ножей и зон нагрева для сушки сложных радиочастотных экранов?
Контроль электростатического разряда: Заземлена ли чистящая машина и генерирует ли поток воздуха статические заряды? (Могут понадобиться ионизаторы).
Совместимость материалов: Подтвердил ли поставщик, что химические вещества не разрушат ваши конкретные этикетки, чернила или клеи?
Очистка отходов: Имеет ли поставщик соответствующий процесс очистки сточных вод от отработанных химикатов?
Доступ к лаборатории: Проводит ли поставщик собственные испытания ROSE или IC или передает их на аутсорсинг? (Внутреннее управление обеспечивает более быструю обратную связь).
График технического обслуживания: Существует ли документированный график очистки форсунок, замены фильтров и калибровки датчиков?
Контроль изменений: Будет ли поставщик уведомлять вас перед изменением марки химиката или параметров концентрации?

Как выбирать (компромиссы и правила принятия решений)

Выбор подходящего химического состава предполагает баланс очищающей способности, совместимости материалов и стоимости.

Если вы используете водорастворимый (ОА) флюс, выберите водный химический состав (омылятель) с высококачественной промывкой деионизированной водой.
Если вы используете канифоль (RMA) или флюс No-Clean и вам требуется очистка, выберите полуводный или специально разработанный химический состав на основе растворителя, поскольку вода сама по себе не растворит смолу.
Если в вашей сборке имеются компоненты с зазором < 2 мил (например, CSP, флип-чипы), выберите химический состав с низким поверхностным натяжением (< 30 дин/см), чтобы обеспечить проникновение.
Если у вас есть алюминиевые радиаторы или кронштейны, выберите pH-нейтральный или ингибированный щелочной химический состав, чтобы предотвратить окисление и точечную коррозию.
Если вам требуется конформное покрытие, выберите химический состав, который, как подтверждено, не оставляет остатков поверхностно-активных веществ, поскольку поверхностно-активные вещества могут вызвать расслоение покрытия («рыбий глаз»).
Если вы производите высокочастотные (ВЧ) платы, выберите процесс, который гарантирует удаление всех остатков флюса, поскольку остатки действуют как паразитная емкость.
Если экологические нормы строгие (например, в Европе), выберите водную химию без летучих органических соединений или с низким содержанием летучих органических соединений, а не обезжиривание парами растворителей.
Если у вас мелкосерийное производство с большим количеством смешанных продуктов, выберите очиститель периодического действия (типа посудомоечной машины), а не поточный очиститель, чтобы сэкономить на использовании химикатов и времени на установку.
Если вы используете бессвинцовый припой (более высокая температура оплавления), выберите химический состав, предназначенный для «сгоревших» остатков флюса, которые труднее очистить.
Если стоимость является основным фактором, а требования к надежности низкие (класс 1), выберите стандартный процесс без очистки и полностью пропустите этап очистки (если позволяет эстетика).

Часто задаваемые вопросы (стоимость, время выполнения, файлы DFM, материалы, тестирование)

В: Зачем очищать флюс «No-Clean»? О: «Нет очистки» — это маркетинговый термин, а не гарантия. Вам необходимо очистить его, если:

Вы наносите конформное покрытие (остатки препятствуют прилипанию).
Применение высоковольтное (остатки снижают напряжение пробоя).
Эстетика имеет значение (видимый флюс для конечного пользователя выглядит как дефект).

В: Могу ли я использовать изопропиловый спирт (IPA) для ручной очистки? Ответ: IPA эффективен для некоторых свежих остатков, но часто не справляется с «пригоревшим» бессвинцовым флюсом.

Он может распространять остатки, а не удалять их (эффект «белой дымки»).
Он легковоспламеняющийся и не подходит для автоматизированных процессов распыления.
Он с трудом растворяет ионные активаторы в современных флюсах.Вопрос: Насколько автоматическая очистка увеличивает стоимость сборки печатной платы? О: Обычно добавляется от 0,50 до 2,00$ за доску, в зависимости от размера и объема.
Факторы затрат: потребление химических веществ, производство деионизированной воды и энергия для сушки.
Проверочное тестирование (ROSE/IC) оплачивается дополнительно NRE или за партию.

В: Какие проверки DFM помогают при очистке? О: DFM для дизайна трафаретов и размещение компонентов имеют решающее значение.

Избегайте размещения высоких компонентов (конденсаторов) непосредственно рядом с низкими компонентами (QFN), чтобы предотвратить «затенение» от распыления.
Расположите компоненты так, чтобы «переулки» между ними совпадали с направлением ленты (для поточных очистителей).
Добавьте дренажные отверстия в большие заземляющие площадки или радиочастотные экраны.

В: В чем разница между омылятелем и растворителем? А:

Омылотель: Вступает в химическую реакцию с канифолью (кислотой), превращая ее в мыло (соль), которое смывается водой.
Растворитель: растворяет остатки флюса физически, без химической реакции.

В: Как узнать, достаточно ли чистая вода для полоскания? A: Контролируйте удельное сопротивление.

Стандарт: > 2 МОм·см.
Высокая надежность: > 10 МОм·см.
При падении удельного сопротивления ионообменные слои в системе водоподготовки истощены.

В: Может ли чистка повредить МЭМС-сенсоры? А: Да.

Датчики давления и микрофоны часто имеют порты, в которые может попасть жидкость.
Ультразвуковая очистка может разрушить внутреннюю структуру МЭМС-гироскопов и кристаллов.
Всегда заклеивайте открытые порты скотчем или используйте для этих компонентов процессы, не требующие промывки.

В: Что такое «Белая мразь» и как это исправить? Ответ: Обычно это полимеризованная канифоль или соли металлов.

Исправление: увеличьте концентрацию стирки, увеличьте температуру или уменьшите скорость ленты.
Проверьте, не загружена ли химия (насыщена) и не требуется ли замена.

Запросить цену / Обзор DFM на химию для очистки печатных плат (что отправить)

При запросе расценок на сборку, требующую очистки, предоставьте своему партнеру по сборке печатных плат (/pcba/) следующее:

Спецификация чистоты: Четко укажите стандарт (например, IPC-J-STD-001, класс 3).
Тип флюса: Укажите, требуется ли вам водорастворимый флюс или допустимо использование флюса без очистки (и необходимо ли его мыть).
Список чувствительных компонентов: Определите детали, которые нельзя мыть или которые требуют особого ухода (МЭМС, незагерметизированные переключатели).
Требования к тестированию: Определите, требуется ли вам тестирование ROSE для каждой партии или периодическое тестирование IC.

Глоссарий (ключевые термины)

Срок	Определение
Омылитель	Щелочное химическое вещество, которое реагирует с канифолью/смоляными кислотами с образованием водорастворимого мыла.
Тест РОЗА	Сопротивление экстракта растворителя. Массовый тест на ионную чистоту, измеряющий общую проводимость.
СЭР	Сопротивление поверхностной изоляции. Тест на измерение электрического сопротивления между дорожками в условиях влажности.
Уровень Дины	Мера поверхностной энергии. Более высокие уровни дин (>40) указывают на то, что поверхность чистая и готова к нанесению покрытия.
ОА Флюс	Органический кислотный (водорастворимый) флюс. Высокоактивен, требует промывки водой, при отсутствии очистки оставляет коррозионные остатки.
RMA Флюс	Канифоль мягко активированная. Традиционный флюс, который сложнее очистить водой.
Сетевой видеорегистратор	Нелетучий остаток. Твердый материал, остающийся после испарения растворителя; используется для измерения загрузки ванны.
Тень	Когда крупный компонент блокирует попадание струи чистящей жидкости на меньший компонент, расположенный за ним.
Вытяжка	Количество химии, выносимой из промывочного бака на плату, приводит к ее расходу и загрязнению полоскания.
Дендрит	Металлическая нить, растущая между проводниками за счет электромиграции (наличие ионов +

Заключение

pcb cleaning chemistry легче всего получить правильно, если заранее определить спецификации и план проверки, а затем подтвердить их с помощью DFM и тестового покрытия. Используйте приведенные выше правила, контрольные точки и шаблоны устранения неполадок, чтобы сократить циклы итераций и защитить доход по мере увеличения объемов. Если вы не уверены в ограничении, проверьте его с помощью небольшой пилотной сборки, прежде чем блокировать производственную версию.