电路板白色残渣的成分及其逐步形成原因详细分析

电路板白色残渣的成分及其逐步形成原因详细分析

1 白色残渣的成分及其逐步形成原因

专家们有一个共同的观点就是:虽然电路板在热处理和擦拭的过程中 ,各种各样工艺参数经常波动 ,所以涉及的化学材料太多 , 如 :Sn- Pb焊料及各种各样微量金属元素 (铝 、锌等 ), 还有这些的氯化物 , 各种各样焊剂 :如松香型助焊剂焊剂 、水溶性助焊剂焊剂 、含各种各样活化剂的焊剂 、免擦拭型焊剂等 ,焊膏中还有触变剂 、溶剂等 ,电路板的层压板材料 、阻焊膜 , 空气当中的潮气 、氧气 ,擦拭时的各种各样溶剂 (含氯 、氟的有机溶剂 、酒精溶剂 、水溶剂水基清洗剂等 ), 这么多化学材料 , 在热处理的高温下和擦拭过程中到底遭遇那些化学反应 , 产生什么化学物质? 另外哪些是不溶的白色残渣?然而 , 现有技术和手段至今未能彻底搞清白色湿气的全部成分 ,也没能百分之百弄清这些的确切成因 ,所以解决问题起来也是颇为棘手 。现把几种最少见的白色残渣及逐步形成原因概述如下。

1. 1 氯化松香残渣

松香树脂主要由松香酸组成, 虽然它的分子中有不饱和的双键 ,所以特别不易氯化。电路板在热处理溶化时 ,松香酸迅速氯化逐步形成过氯化物和酮化合物 ,某些化学成分比原来的树脂更不不易吸附溶剂 。这样 ,电路板擦拭后在电路板表面就会有明显的不规则的白斑分布,所以在电路板溶化较厉害的部分更加明显 。虽然该白斑的逐步形成时常是因为电路板过度溶化激起 ,所以 ,这样白斑时常出现在有大面积接地层需要特别熔化才能完成热处理的第二层印制板中。虽然在表面拼装的再流焊工艺中 ,溶化时间较长 ,相对很不易激起电路板过度溶化 , 所以这样白色残渣在表面拼装的电路板中也并不少见 。

这样白色残渣不会用普通的含氯、含氟溶剂擦拭干净 ,酒精溶剂或被皂化的水也不会将它拔除 。常采取两种办法 :(1)适当的擦洗方法 ,比如用刷子洗涤 ;(2)虽然这样白色残渣吸附于熔融的松香树脂和一些酒精基有机酸焊剂 ,所以用熔化的原始焊剂去重新涂敷 ,能够将某些白色的氯化松香吸附 ,这样就能够用正常的擦拭溶剂将它洗掉电路板清洗 。但这样办法显得并不那么经济和实用 。

1. 2 裂解松香残渣

另一种少见的白色残渣来源是松香型焊剂在热处理过程中的裂解反应。松香型焊剂的裂解反应时常是因为电路板过度溶化激起,跟氯化松香的成因一样 ,这样白色湿气也少见于很厚的第二层电路板和很不易激起电路板过热的表面拼装再流焊工艺当中。

当松香裂解时,会逐步形成一些长链的分子 ,不吸附于所有普通的溶剂 。擦拭焊剂的溶剂只会吸附短链的部分 ,剩下的长链部分顽固地牢牢地附着在电路板表面 ,这就是裂解松香白渣 。

裂解松香是公认的最少见的白色残渣的逐步形成原因, 但是 , 它的逐步形成需要焊料表面的锡氯化物做催化剂 。

裂解松香白色湿气的移除办法一般采用和氯化松香同样的办法,一个是机械的洗涤 ,还有一种是用熔化的原始焊剂重新将其吸附, 然后再用普通的焊剂擦拭溶剂来擦拭，PCBA清洗松香 。

1. 3 水解松香残渣

助焊剂焊剂中的松香这类是不吸附水的, 但焊剂在储存和使用的过程中 ,会吸收空气当中的潮气 ,在用水擦拭方式和含水酒精溶剂开展擦拭时 ,同样会与水结合 ,遭遇水解反应 。松香中被水解的部分是不吸附擦拭溶剂的 。

但水解松香的逐步形成这类是个可逆的过程, 给水解松香缓慢熔化到 100℃,可使水解松香降解 ,然后用常规溶剂将其移除 。但非常可怕的是 ,除非熔化控制不当 ,将导致其它不可预料的非常复杂化学反应的遭遇 ,从而逐步形成更难擦拭的其它顽垢 。

1. 4 层压板 +焊剂 +焊料残渣

层压板中未反应完全的环氧氯丙烷会激起松香焊剂的裂解反应, 不过该裂解反应的遭遇需要焊料表面的锡氯化物做催化剂 ,焊料的存在是该裂解反应的先决条件。裂解反应的产物也是不吸附各种各样溶剂的。

要解决问题这个问题,首先要保证层压板材料的完全熔融 。一旦出现该种残渣 , 最好的办法依然是机械拔除 。

1. 5 焊料 +松香焊剂残渣

当电路板在热处理时,焊料表面和元器件的电极 、集线器中的锡 、铅 、铜或铁等元素会和焊剂中的有机酸遭遇很非常复杂的化学反应 ,逐步形成一系列非常复杂的化合物 ,另外以锡和铅的松香酸酯和海松酸甲酯为多 , 这些一般也是不吸附所有水或含氯 、含氟的溶剂清洗剂 。

该问题的解决问题主要通过一些预防性的措施, 比如对热处理工艺开展优化 :减少松香溶化的时间 、增加波峰焊机或再流焊炉传送带的速度等等 。

1. 6 焊料 +卤化物活性剂残渣

助焊剂焊剂当中的卤化物活性剂常用来提高焊剂的活性,但是在热处理过程中 ,某些活性剂会和各种各样成分遭遇非常复杂的反应,逐步形成金属的卤酸盐 ,一般是锡 、铅 、铜的氯化物 ,除非电路板不开展擦拭 ,熔融的松香紧紧把某些氯化物给包裹起来,使这些的活性难以发挥 ,除了一定程度上影响外观 , 这些主要表现为半半透明的高绝缘性的物质 , 对电路板的性能影响并不大 。但一旦开展擦拭 ,在松香层被破坏后 ,就表现为白色的斑块 ,无论用酒精溶剂或水擦拭的方法都不会将其彻底移除 。所以某些氯化物会进一步与空气当中的水分和二氯化碳遭遇反应 ,逐步形成碳酸盐 ,主要是白色的碳酸铅和氢氯化铅 ,这是一种完全不吸附水和酒精的白色物质。

为了避免出现该白色湿气的产生, 能够采用低活性的焊剂 ,或不做所有擦拭 ,或做彻底的擦拭 。该问题的遭遇主要是虽然不完全的擦拭引致。

1. 7 免擦拭焊剂引致的白色残渣

免擦拭焊剂热处理后, 本来有一层半透明的胶膜将残渣紧紧包裹 ,但是 ,擦拭破坏了这层半透明物质 ,使得暴露的残渣以难溶白色斑块的形式表现出来 ,其基本成分和上述残渣成分类似 。

解决问题方法与上面一样,哪怕不做所有擦拭 ,哪怕彻底洗干净 。

1. 8 焊料 +擦拭溶剂湿气

含氯含氟的溶剂常用来擦拭焊后电路板的焊剂湿气, 但非常可怕的是 ,某些溶剂同时又是各种各样卤化物离子的来源,某些卤化物离子与各种各样金属遭遇非常复杂的化学反应 ,逐步形成难溶的化合物 , 另外 , 最少见的依然是氯化铅和碳酸铅 。

要避免出现该问题的遭遇,最好不要使试过去试过的 、很脏的擦拭溶剂 ,因为某些试过的溶剂中 ,时常有很高的氯离子浓度。同时 ,也要避免出现溶剂吸潮 ,切勿难溶碳酸盐的产生 。

1. 9 层压板 +焊剂湿气

一般用于制作FR - 4 环氧玻璃布板的热熔融环氧树脂是由环氧氯丙烷和四溴双酚 A 热熔融而成 ,另外溴是作为阻燃剂添加进去的 。环氧树脂虽然种种原因有时并不会熔融完全 , 另外的溴苯酚在135 ℃即遭遇降解反应 ,逐步形成游离的溴离子 。这样 ,电路板在热处理温度下 ,未熔融环氧树脂中的溴苯酚迅速降解,产生的溴离子与富铅的焊料表面遭遇化学反应 ,逐步形成白色的溴化铅 , 不吸附所有的酒精和水 , 所以白色湿气中往往还包括焊剂中的氯离子与焊料遭遇化学反应的产物 。

这样白色的湿气吸附稀酸。当然 , 要从根本上解决问题这个问题 ,层压板的制造商必须控制好他们的工艺 ,确保环氧树脂的完全熔融 。

1. 10 水擦拭湿气

有些白色湿气是水擦拭过程中所特有的。除非水擦拭过程中 ,水基清洗剂水溶液中的皂化剂过于集中或活性过强 ,将激起电路板组件上焊料表面的氯化 ,使得焊料表面几乎时常被白色的氯化锡薄膜完全覆盖 。

除非水擦拭过程中, 使用了铝的或锌的夹具(如擦拭篮 ), 或某些夹具是用磷化工艺电镀的 , 铝或锌将首先被氯化 ,逐步形成氯化铝薄膜或氯化锌薄膜 ,或是混合的磷 锌/ 薄膜 ,某些薄膜将污染电路板组件的焊锡表面。

铝的夹具还会和水溶液中的皂化剂遭遇反应,在铝的表面逐步形成白色湿气所以会通过水转移到电路板组件的表面 ,给电路板引致污染 。

而水这类,除非是硬水的话 , 将富含镁 、铁或钙 ,当电路板组件洗后干燥的过程中 ,水分挥发后 ,也会在电路板表面留有白色的残渣 。正常情况下 ,水会被强制从电路板表面吹跑, 切勿水溶性的白色残渣留在电路板上 ,但这样方法时常并不怎么有效 。即使是软水 ,擦拭过后 ,也时常有白色的钠盐留在组件表面 。