電路板焊接後為何要水洗?水洗製程、免洗製程有何差異?助焊劑的種類

電路板焊接後為何要水洗?水洗製程、免洗製程有何差異?你知道當初電路板組裝(PCBA)後為何還需要清洗嗎?清洗的目的及用意所為為何?為什麼後來/現在的PCBA幾乎都可以不用再清洗了呢?可為什麼還是有客戶要求要清洗板子呢?

電路板組裝焊接,最開始的製程是需要水洗的,也就是板子過完「波峰焊(Wave soldering)」或是「表面貼焊(Surface Mount)」後,最終要使用清潔劑或純水來清洗掉板子上的汙染物,後來隨著電子零件的設計越來越多樣,也越來越小,水洗製成漸漸的出現了一些問題,還有就是因為PCBA的清洗製程實在太麻煩了,後來才演化出了免洗製程。







電路板組裝(PCBA)後清洗板子的主要目的在去除PCB表面上殘留之助焊劑

以SMT製程來說,「水洗製程」與「免洗製程」的最大差異在錫膏中助焊劑的成份不同,波焊製程就純粹是爐前助焊劑的成份,這是因為助焊劑(flux)的主要目的在去除被焊接物的表面張力及氧化物取得潔淨的焊接表面,而去除氧化的最佳良藥當屬「酸」及「鹽」這類化學藥劑,但是「酸」及「鹽」具有腐蝕性,如果殘留在PCB表面,會隨著時間而腐蝕銅面,造成嚴重品質不良。

建議延伸閱讀:介紹認識【錫膏(solder paste)】的基本知識

其實,既使是使用免洗製程生產出來的板子,如果助焊劑的配方不當(通常是用到一些來路不明的錫膏,或是有特別強調吃錫效果或可以去氧化物的錫膏時,因為這些錫膏的助焊劑通常會添加弱酸)或是助焊劑殘留過多,時間久了錫膏與空氣中的濕氣與污染物質混合後也可能對電路板的銅面造成腐蝕現象。當板子有被腐蝕風險時,清洗還是必要的。所以,並不是說「免洗製程」的板子就一定不需要清洗,當然能不水洗就不要水洗,畢竟水洗很麻煩。

另外,有些特殊目的情況下也會要求將免洗製程的板子拿去水洗,比如說:

所以,板子需不需要水洗,得視個別需求而定,重要的是要去了解「為何要水洗?水洗的目的是什麼?」。

PCBA助焊劑的種類與解說

既然談到PCBA「水洗製程」與「免洗製程」的最大差異在助焊劑,而且水洗的最大目的在「去除助焊劑的殘留」以及其他污染,那我們就得了解一下助焊劑有哪些種類。

助焊劑基本上分成下列幾大類:

1.無機系列助焊劑

早期的助焊劑中會添加無機酸及無機鹽等物質(比如說鹽酸、氫氟酸、氯化鋅、氯化銨),稱之為「無機助焊劑」,因為無機酸及無機鹽類為中強酸,所以具有非常良好的清潔效果,可以獲得良好的焊錫效果,助焊性優,但缺點是腐蝕性也很強,被焊接物比虛有較厚的鍍層或厚度才能承受強酸的清洗,所以使用這類「無機助焊劑」後必須馬上進行嚴格的清洗,以避免其繼續腐蝕電路板的銅箔,實用性大受限制。

2.有機系列助焊劑

所以就有人將酸性較弱的有機酸(比如說乳酸、檸檬酸)添加在助焊劑中來取代強酸,稱之為「有機助焊劑」,其清潔程度雖然沒有強酸來得好,不過只要被焊物的表面污染不算太嚴重,它還是可以起到一定程度的清潔效果,重要的是它焊接後的殘留物可以在被焊物上保留一段時間而無嚴重腐蝕,但弱酸也是酸,所以在焊接後還是得水洗,以免日久造成線路腐蝕等不良。

3.樹脂、松香系列助焊劑

因為水洗製程實在是太麻煩了,而且也不是所有的電子零件都可以進行水洗,比如蜂鳴器(buzzer)、鈕扣電池(coin battery)、彈簧頂針連接器(pogo pin)就不建議進行水洗。

後來有人將松香加入到了助焊劑中取代原本的酸性清潔劑,也可以起到一定程度清除氧化物的功效,但是松香為單體時,化學活性較弱,對促進焊料的潤濕往往不夠充分,因此實用上需要添加少量的活性劑,以提高它的活性。松香還有一個特性,就是松香在固態時呈非活性,只有變成液態時才呈活性,其熔點約為127℃,而活性則可以持續到315℃的溫度。目前無鉛錫焊的最佳溫度為240~250℃,剛好處於松香的活性溫度範圍內,且它的焊接殘留物不存在腐蝕問題,這些特性使松香為非腐蝕性焊劑而被廣泛應用於電子設備的焊接中。

IPC-J-STD-004依據助焊劑成份定義了四大助焊劑:有機(OR)、無機(IN)、松香(RO)、樹脂(RE)。

PCBA水洗製程的麻煩、缺點:

所謂「水洗」,就是使用液體溶劑或純水來清洗板子,因為一般的酸性物質都可以溶解在水中,所以可以使用「水」來溶解清洗,所以稱之為水洗,但是免洗助焊劑使用松香則無法溶解於「水」中,比需使用「有機溶劑」來清洗,但一樣被稱之為「水洗」,大部分的水洗製程都會使用「超音波」震盪來加強清洗效果及縮短時間,這些清洗劑在清洗的過程當中極有可能會滲透到一些有著細小孔隙的電子零件或電路板之中造成不良。

這些對水洗製程有疑慮的電子零件一般都必須安排在水洗之後才能進行焊接,以避免清洗時造成永久的損壞,這就增加了生產的製程環節,而且生產的製程越多道就越容易有良損,無形中對生產製程造成了浪費,而且水洗後的焊接通常是手焊,對焊接品質也較難管控。所以,還是那句話「能不水洗就不要水洗」。

補充說明:
錫膏及助焊劑有分成水洗與免洗,一般的水洗錫膏及助焊劑用的成份可以溶解於水中,而免洗製程的助焊劑則無法溶解在水中,只能用有機溶劑來清洗。所以,如果已經決定PCBA要清洗,建議前面就採用水洗的錫膏與助焊劑,這樣才會有助將助焊劑清洗乾淨。

~以上文章內容依據個人經驗與網路上查詢到的資訊彙整,如果有錯誤或偏頗的地方請指正~


延伸閱讀: 
電路板表面絕緣電阻(SIR)與爬錫能力 
如何挑選錫膏 (Solder paste selection) 
電路板按鍵油污客訴調查結果,兇手居然是? 
電路板疑似腐蝕氧化,懷疑電流異常過熱造成

訪客留言內容(Comments)

“PCBA助焊劑的種類

既然談到「水洗製程」與「免洗製程」的最大差異在助焊劑,而且水洗的最大目的在「去除助焊劑的殘留」,那我們就得了解一下助焊劑有哪些種類,住焊劑基本上分成下列幾大類”

十分感謝經驗分享. 小小意見: “住焊劑基本上分成下列幾大類” 首字是否應為 “助” ?

Vic,
改過來囉!


訪客留言注意事項:
1.首次留言須通過審核後內容才會出現在版面上,請不要重覆留言。
2.留言時請在相關主題文章下留言,與主題不相關的留言將會被視為垃圾留言,請善加利用【搜尋框】尋找相關文章,找不到主題時請在「水平選單」的「留言板」留言。
3. 留言前請先用【搜尋框】尋找相關文章,自己做一點功課後再留言。沒有前因後果的內容,工作熊不一定會瞭解你在說什麼,就更無法回答你的問題。
4. 工作熊並非某一方面的專家,所以回答的內容或許會有不正確的地方,服用前還請三思。如果您想詢問關於電路板方面的工程問題,前先參考這篇文章【詢問工程問題,請提供足夠的資訊以利有效回答】 把自己的問題想清楚了再來詢問,並且請提供足夠的資訊,這樣才能有效回答問題。
5. 工作熊每則留言都會看,但不會每則留言都回答,尤其是只有問候之類的內容。
6. 留言詢問時請注意您的態度,工作熊不是你的「細漢」,更沒有拿你的薪水,所以不接受吆喝工作熊的態度來回答你的問題。
7. 歡迎您訂閱本部落格的最新文章,當有新文章時會主動以電子郵件通知你。

您有話要說(Leave a comment)

(required)

(required)