PCBA电路板上的残留物分析方法

PCBA电路板上的残留物分析方法

为了PCBA的可靠性和质量，必须严格控制残留物的存在，必要时必须彻底清洗干净这些残留物。 小编首先给大家介绍一下PCBA电路板上残留物的来源、分析方法，希望能对您有所帮助！

一、PCBA电路板残留物的类型及来源

PCBA上残留物主要来源于组装工艺过程，特别是焊接工艺过程。包括使用的助焊剂残留物、焊剂与焊料的反应副产物、胶粘剂、润滑油等残留物。其他一些来源的潜在危害性相对较小，比如元器件及PCB本身生产运输等带来的污染物、汗渍等。这些残留物一般可以分为三大类。一类是非极性残留物，主要包括松香，树脂，胶，润滑油等。这些残留物只能用清洗剂进行清洗方可较好地除去。第二类是极性残留物，也叫离子性残留物，主要包括焊剂中地活性物质，如卤素离子，各种反应产生的盐类，这些残留物都需要使用清洗剂进行去除。还有一类残留物为弱极性地残留物，主要包括来自焊剂中的有机酸碱，这些物质都需要使用清洗剂去除掉。下面具体地介绍残留物基本类别。

1、松香焊剂的残留物

含有松香或改性树脂的焊剂，主要是由非极性的松香树脂及少量的卤化物与有机酸，有机溶剂载体组成，有机溶剂在工艺过程中会因高温而挥发除去。卤化物有机酸（如己二酸）等活性物质主要是去除被焊表面的氧化层，改进焊接效果，但是在焊接中，复杂的化学反应过程改变了残留物的结构。产物可以是未反应的松香、聚合松香、分解的活性剂以及卤化物 等活性剂，同锡铅的反应产生的金属盐，未发生变化的松香及活性剂比较易于除去，但具有 潜在危害的反应物清除比较困难。

2、有机酸焊剂残留物

有机酸焊剂（OR）一般是指焊剂中的固体部分是以有机酸为主的焊剂，这类焊剂的残留物，主要是未反应的有机酸，如乙二酸、丁二酸等以及其金属盐类。现在市面上绝大多数所谓无色免清洗助焊剂就是这一类，它主要由多元有机酸组成，也包括常温下无卤素离子， 而焊接高温时可以产生卤离子的化合物，有时也包括极少量的极性树脂，这类残留物中，最难除去的就是有机酸与焊料形成的盐类，它们的有较强的吸附性能，而溶解性极差。当PCBA的组装工艺使用水溶性焊剂时，更大量这类残留物及卤化物盐类会产生，可以使用水性清洗剂及时的清洗，这类残留物可以得到很大程度的降低。

3、白色残留物

白色残留物在PCBA上是常见的污染物，一般是PCBA清洗后或组装一段时间后才能发现。在PCBA的制装过程的许多方面均可以引起白色残留物（见下图）

而PCBA的白色污染物，一般多为焊剂的副产物，但PCB的质量不良，如阻焊漆的吸附性太强，会增加白色残留物产生的机会。常见的白色残留物是聚合松香，未反应的活化剂 以及焊剂与焊料的反应生成物氯化铅或溴化物等，这些物质在吸潮后，体积膨胀，部分物质还与水发生水合反应，白色残留日趋明显。这些残留物吸附在PCB上除去异常困难。天然松香在焊接工艺中易产生大量的聚合反应。若过热或高温时间长，出问题更严重，从焊接工艺前后的PCB表面的松香及残留物的红外光谱分析结果证实这一过程（见下图）

4、 胶粘剂及油污染

PCBA的组装工艺中，常会使用到一些黄胶，以及红胶，这些胶用于固定元器件。但由于工艺检测的原因，常常粘污了电连接部位，此外焊盘保护胶带后撕离的残留物会严重影响电接性能。另外部分元件，如小型电位器常涂有过多的润滑油，也会污染PCBA板面， 这类污染的残留，经常是绝缘的，主要影响电连接性能，一般不会造成腐蚀，漏电等失效问 题。

二、PCBA电路板残留物的分析方法：

按最近的 EIA/IPCJ－STD－001C（电子电气焊接技术要求，2000年2版）的标准，对PCBA组装前各配件表面的残留量以及焊后的PCBA的残留量的要求，则首先必须保证各配件的可焊性的要求，PCB裸板必须外观清洁，且等价离子残留量小于 1.56mgNaCl/cm2 （溶剂萃取法）。而对PCBA除了离子残留量不大于1.56mgNaCl/cm2以外，还规定了松香树脂焊剂残留量的要求，以及外观的要求，具体情况见下图。

PCBA 上残留物或清洁度的分析检测方法主要包括外观状况检查，离子性残留物，松香或树 脂性残留物，以及其他有机污染物的鉴别等。其主要的检测标准见上图，下面逐个简要介绍。 

1、 外观检查 

一般可通过目测方式检查，必要时使用放大镜或显微镜，主要观察固体残留物，通常要求PCBA表面必须尽可能清洁，无明显的残留物，但这是一个定性的指标，通常以用户的 要求为目标，自己制定检验判断标准，以及检查时使用放大镜的倍数。 

2、离子性残留物分析方法 

离子性残留物通常来源于焊剂的活性物质，如卤素离子，酸根离子，以及腐蚀产生的金 属离子，结果以单位面积上的氯化钠（NaCl）当量数来表示。即这些离子性残留物（只包 括那些可以溶入在溶剂）的总量，相当于多少的 NaCl 的量，并非在PCBA的表面一定存在 或仅存在NaCl。测试一般都是采用IPC方法（IPC-TM-610.2.3.25），其中包括手工萃取法， 动态（仪器）萃取法以及静态（仪器）萃取法。冲洗（或萃取）溶剂（一般是 75±2％V/V异丙醇与DI 水，或者50±2％V/V 异丙醇与DI水，后者少用）冲洗PCBA 表面，将离子残 留物溶解于溶剂中，小心收集溶剂，后测量其电导率（电阻率），如果使用仪器则自动进行。利用离子浓度的高低与电阻率变化的关系求得离子总量，然后除以PCBA的表面积，由此获得单位面积PCBA上的离子污染值。（mgNaCl/cm2 ）这种测试一般事先用基准的 NaCl 配成溶液，进行校准得到标准曲线。

使用的混合剂电阻率必须大于6MΩ.cm.。冲洗萃取PCBA的残留物时，使用的混合剂的量一般为1.5ml/cm2 ,最多不超过10ml/cm2 ，在操作时，收集的溶剂的体积是不严格的，但总的用于清洗的体积必须严格记录，同时由于温度对清洗效果及电阻率的测量影响极大，需说明测量时的温度条件。此外对PCBA及PCBA面积的测量及计算统一为：未插装元器件的裸板PCB：长×宽×2，而PCBA由于元件的缘故，表面积的另外最大增加到50％，但一般情况增加的量为原表面的10％。 

因此PCBA的结果中表示时同时应注明 a.溶剂组成 b.静态溶剂所用的溶剂体积或动态溶 剂所用的流速，C.测试温度。D.校准情况，E.面积（计算方法）F.测试时间，G 所用仪器。另外静态法与动态法使用的仪器，主要仪器有Ion Chaser,Ionognagh 以及Omega Meter 等。它们与用手工萃取法获得的结果的数分别为3.2/2.0/1.4,因此测量结果必须指明到仪器设备,此外动态法是可以计录仪器仪器萃取残留物过程电阻率的变化情况，对了解残留物的溶解过程有清晰的了解,并对选择清洗工艺有帮助.

许多情况下,由于各种离子的残留,对PCBA的可靠性影响是不一样的.不仅需要知道残留物离子的总量或当量是不够的。我们还需要知道影响较大的卤素离子或其他离子时,就采用另外一种方法来分析,即按 IPC-TM-610.2.3.28 规定,使用离子色谱仪对混合溶剂清洗（80 ℃，1h）下来的离子,逐个进行测量分析.然后在换算成单位表面的离子残留量,表2为美国某著名电器公司对空调主板表面的离子清洁度的要求.

3、松香残留量的分析 

电子与电气生产线焊接工艺技术要求中，特别是SMT工艺对PCBA松香残留量有明确的要求，纯松香的残留对Class2 以下的产品一般不会带来显著的可靠性问题，因为他本身的电绝缘性较好，但是另一方面它可导致接触件的接触电阻增加，增加损耗甚至引起开路。何况它包裹的离子性物质在松香表面老化后有溢出的可能性，因此从保证PCBA及至整机可靠性的角度，松香残留物越少越好。该项目的分析采用 IPC－TM－610。2.3.27 规定的标准方法。首先将使用的焊膏或松香 焊剂的松香提取出来。配制成不同浓度的溶液，用紫外分光光度计测量吸光度，然后做成标准曲线。用同样的溶剂浸泡清洗PCBA样品，然后用紫外分光光度计测其吸光度，查标准曲线获得残留松香的浓度，最后获得单位面积上的残留量。 

4、其它有机物残留物的测试 

PCBA上除松香外的其它有机物，通常为有机酸以及一些油脂类物质一般采用IPC－TM －650 2.3.39 规定的标准方法，即用高纯乙腈将残留物转移到MIR测试盘的表面，等乙腈挥发后，用FT－IR方法测量，根据红外光谱的特征吸收，鉴别各有机物的组成。 

三、 PCBA电路板水基清洗剂

合明的PCBA电路板水基清洗剂在关注清洗力的同时兼顾材料兼容性。

下面为大家带来应用实例：

合明清洗剂与其他清洗剂材料兼容性对比

（清洗后兼容性对比） 

以上清洗案例，仅供参考！

欢迎来电咨询 PCBA线路板水基清洗解决方案，及水基清洗剂系列产品。