PCB制造中清洁性控制与实现方法

原创于 2025-06-23 14:14:05 发布 · 835 阅读

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#制造 #pcb工艺 #捷配

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一、为什么要重视PCB的清洁性

在电子制造中，PCB是基础。无论是电脑、手机还是工控设备，电路板都承担着传输信号、供电和连接元件的关键任务。如果PCB表面不干净，就会带来很多问题。

比如：

表面残留焊剂，会导致漏电或短路；
湿气或灰尘吸附，容易造成电化学腐蚀；
离子污染会降低绝缘电阻，引起功能不稳定；
板子上有油污，可能影响元件焊接；
异物残留，会影响后续涂覆或贴片质量。

这些问题不仅影响产品性能，也会降低可靠性，甚至引起返修或报废。特别是在军工、医疗、汽车等领域，板子的清洁程度直接关系到产品的稳定性。

所以，在PCB的可制造性设计中，清洁性是一项基础但重要的要求。从设计到生产，再到最后的清洗处理，都必须考虑如何减少污染、控制残留、提高清洁标准。

二、PCB污染来源及清洁性影响因素

PCB在整个加工和组装过程中，会接触到各种化学品、材料和环境条件。如果不控制好，每一步都可能产生污染源。

1. 焊接工艺中的残留物

焊锡膏或助焊剂残留：常见于回流焊和波峰焊后，这些化学物质如果未清洗干净，会留下活性离子、松香、有机酸。
免清洗助焊剂：虽然理论上不需清洗，但在高温、高湿环境下仍可能吸潮或引起电化学迁移。

2. 手工操作污染

操作员用手直接接触电路板；
清洗工具使用不规范；
使用不合格的酒精或化学品。

这些操作会引入指纹、汗液、纤维、灰尘等。

3. 空气中的微粒和湿气

车间空气不洁净，粉尘多；
环境湿度高，水分附着在PCB上；
离子污染，如氯离子、钠离子等。

这些都会形成潜在的电化学反应点，影响耐压和绝缘性能。

4. 材料本身的挥发物或残留

使用低质量PCB基材或油墨；
PCB未彻底固化，释放出挥发性杂质；
清洁剂本身不纯，反而造成二次污染。

污染物一旦残留在PCB上，就会导致以下几种后果：

表面绝缘电阻（SIR）降低；
阴阳极间发生电化学迁移；
元器件焊接处氧化脱焊；
影响三防涂层附着力；
增加早期失效几率。

因此，必须在制造设计中设置清洁性控制点，保障电路板长期稳定运行。

三、实现清洁性的设计与工艺方法

要保障PCB的清洁性，不仅要靠清洗设备，也需要从设计源头、材料选择、加工控制等方面入手。以下是几种关键措施。

1. 合理选择助焊剂和焊接材料

在设计PCBA工艺流程时，应优先选择清洁性好的焊接材料。比如：

使用低残留或免清洗型助焊剂；
选用合适的锡膏，避免焊后粘稠物残留；
控制回流温度曲线，避免助焊剂烧焦碳化；
对于重要电路或高速信号线部分，优先选择可水洗型材料，并安排清洗。

选材阶段考虑清洁性，可以减少后续清洗难度，提升良率。

2. 清洗结构设计要合理

在设计PCB时，也要考虑是否便于后期清洗。应注意以下几点：

BGA、QFN等底部封装器件下方应有足够间隙；
如果使用via-in-pad结构，孔内应堵孔处理，避免脏物残留；
高密度焊盘间隙不可太小，不然清洗剂难以渗透；
过孔和焊盘分布尽量均匀，避免形成液体滞留点。

如果器件布局太紧密，焊点遮挡严重，就算使用自动清洗机也很难彻底去除焊剂残留。

3. 控制加工过程的污染风险

在PCB制造和PCBA装配过程中，应严格控制每一项操作步骤。主要包括：

使用无尘衣和防静电手套；
操作员不直接用手触摸焊盘和金属面；
车间保持恒温恒湿，使用HEPA过滤设备；
清洗用的水必须为去离子水，达到18MΩ·cm；
选择低挥发性清洗剂，减少残留。

严格的工艺控制，可以在源头上防止污染扩散。

4. 合理选择清洗方式

清洗是确保PCB干净的最后一道工序。常见的清洗方式有：

手工清洗：

适合小批量产品；
可针对局部焊点进行处理；
易受人为操作影响，清洗一致性较差；
清洗死角容易被忽略。

自动清洗：

使用设备进行喷淋、超声波或循环浸泡；
效率高、一致性好；
可设置清洗时间、温度、液体浓度等参数；
适用于中大批量标准化生产。

清洗完成后还应加设烘干流程，避免湿气残留。使用真空干燥或热风干燥可提高效率。

5. 加强清洁性检测手段

仅靠目测或光学检查无法判断PCB是否真正清洁。因此，需要引入以下几种测试方法：

表面离子污染测试（如ROSE测试）；
表面绝缘电阻测试（SIR）；
离子色谱分析；
X-ray检查清洗盲区（如BGA下方）；
流程中定期取样做残留物分析。

测试结果达标，才可以判定产品满足高可靠性标准。

总结：从设计到清洗，全面保障PCB清洁性

PCB清洁性不是单一环节能解决的，它需要设计、选材、制造、检测等多方面配合。特别是在可制造性设计中，必须在初期就考虑：

材料是否低残留；
焊接结构是否易清洗；
环境条件是否清洁；
清洗方式是否适用；
检测方法是否有效。