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隐藏在阴影里的是什么?
  2020-12-29      72

作者:Eric Camden, FORESITE INC.

我认为电子行业中应当更广泛地使用两个术语。第一个术语是“违反最小电气间隙”的缩写VMEC,它简洁明了。我感到困惑的是为什么它没有被广泛使用。我们用TLA来代表任何事情(顺便说一下,TLA这个缩写是由三个单词的第一个字母构成)。

我经常使用的第二个术语是“污染迁移”,该术语也是本期专栏的重点。我在测试PCBA时,如果这块PCBA是在完成手工焊接或选择性焊操作完成后进行一些局部清洗工艺,我会经常使用这个术语。在我见过的大多数案例中,如果使用的助焊剂是免清洗助焊剂,局部清洗就完全无效,使用免清洗助焊剂进行局部清洗只是改善了清洗部位的外观。外观问题往往只是清洗部位的外观,不会对电路板的功能或可靠性有任何作用。我宁可要哪怕看起来不好看但很可靠电路板,而不要看起来清洗得非常干净,但是到用户现场就出故障的电路板。

在某些情况下,进行局部清洗要有正当的理由。你在焊接工艺中使用了水溶性助焊剂,这是进行局部清洗的最好理由。所有的水溶性助焊剂都一样,助焊剂中的活化剂永远不会通过热迁移呈现为接近良性的状态,它始终都是易潮湿的,而且有腐蚀性。这意味着你要担心的不只是漏电故障。在没有电偏压或大气不潮湿的情况下,助焊剂残留物也可能会引起腐蚀。如果在制造PCBA时使用的是水溶性焊剂,就会出现这个问题,这是我喜欢研究PCBA故障的一个原因。如果你看到助焊剂残留物,那它非常可能是故障的根源。

当你打算在PCBA上使用三防漆时,这是进行局部清洗的另一个正当理由。助焊剂残留物在某些情况下可能会引起粘附问题,如果你使用的三防漆涂料是聚对二甲苯,这个问题会更加突出,需要对电路板必须进行全面清洗。如果你使用的不是可信的助焊剂,你可能还需要清洗助焊剂残留物以接入测试接入点。敏感的射频电路也可能会受助焊剂残留物的影响,需要把残留物清理干净,确保电路正常运行。我认为这几乎就是进行局部清洁的全部理由。做局部清洗理由并不多。要注意的是,这些理由中没有电路板的外观问题。

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隐藏在电路板的阴影中的是什么?最有可能的是助焊剂中的活化剂残留物,它们通过局部清洗扩散到周围区域。这很像一个十多岁的孩子站在你家的门廊,口袋里塞着几根笔,说自己是书呆子,然后跟你要糖吃,你就是不想给,这样做有些点粗鲁。在本期的专栏中,我想强调的是,有正确和不正确的局部清洗,以及局部清洗对清洁度和可靠性的影响。

我经常会进入生产工厂检查工艺,在检查时,我看到操作人员使用可能有清洁度问题的酸性刷子,这些刷子在异丙醇(IPA)里浸泡过,完成手工焊接工艺后用这些刷子擦洗补焊位置,然后检查与焊接有关的区域是否还有残留物。如果没有,通过这种简单检查的电路板就可以进入生产线,继续进行电路板的后续处理。我从来没有见过操作焊接的人检查焊接相邻区域里的残留物,而是由别的人来检查。这些区域就是我前面提到的阴影。几乎在所有情形下,你都无法检查出低立元件下面的一些单分子层残留物。

这些低立元件与电路板的距离都一样,即使在最理想的情况下,这些元件的下面都是非常难清洗的。你在元件下面的助焊剂残留物中加入IPA或其他溶剂,目的就是要让它溶解。IPA或其他溶剂的作用并不是像很多人认为的那样,让有害的助焊剂残留物神奇地消失。如果不相信我说的,就让我们看看一些来自现场故障的离子色谱(IC)数据。

对SMT元件进行补焊,并且根据补焊工作指导书,该工艺包括使用IPA进行快速清洗。要进行补焊的电路板在组装时已经使用了免清洗助焊剂,但所有的补焊在焊接后都必须进行清洗。图1是经过清洗的SMT零件以及测试的电容器和PTH的引脚。

表1中的IC数据表明,做补焊的SMT元件位置的离子水平比较低,但其他两个区域中呈现的离子水平则高得多。进行局部清洁度测试是照亮那些“阴影”的关键。通过测试得到的化学信息说明助焊剂中使用弱有机酸,并且在PTH、电容器引脚的离子水平很高,对应的区域的电气泄漏风险、甚至树突生长的风险提高。让这些相同的电路板通过在线清洗工艺后,第二组IC测试数据表明整块电路板上的离子水平是可接受的。

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由于会增加可靠性风险,经过这样处理的大批电路板在发送给客户之前必须重新清洗。这是我们不得不做的事情,就像让那个令人讨厌的孩子离开门廊一样。这种局部清洗方法就像你打开没有装上垃圾袋的真空吸尘器,或者,你可能会说这是污染转移。这是实话。只要你能接受,我的工作就结束了。这就跟用几块糖把那个孩子打发走差不多。

好消息是,有个简单的办法可以加强这种基本相同的清洗方法,同时减少IPA和溶解的残留物扩散到周围元件上。这个办法不是让酸性刷子的末端浸泡在瓶子里,而是用IPA浸泡在实验室里用的抹布,然后用抹布在必须清洗的区域上擦拭。然后,你再用刷子在这块抹布上面擦拭,跟平常一样清洗(图2)。这块抹布会吸收清洗区域的助焊剂、溶剂混合物(图3),不会让溶液转移到相邻元件上而成为电路板在使用现场漏电的潜在风险。

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然后只要把抹布扔掉就可以。每个独立的清洗工艺每次都要使用新的抹布,这是非常重要。随着时间的推移,抹布或刷子会积聚残留物,因此使用新的擦布可以避免交叉污染。正如任何组装工艺一样,你需要使用某种清洁度测试或环境暴露测试来得到客观证据来证明工艺是有效的。

结论

万圣夜就快到了,如果让足够的光照在你的清洗工艺上,就没有理由担心清洗工艺会影响可靠性。如果今年有十多岁的孩子来你家串门,就给他们最大的糖果,而不要嫌他们烦人。每个人都喜欢糖果。

作者简介:Eric Camden是Foresite公司首席研究员。如需阅读他过前专栏或联系Camden,请点击这里。

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