PCBA上残留物的分析方法

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按最近的EIA/IPC
J-STD-001C(电子电气焊接技术要求)的标准,对PCBA组装前各配件表面的残留物以及焊后的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1.56mgNaC1/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,具体情况见表1。
表1 电子组装工艺残留物与清洁度要求与分析方法
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元器件与PCB |
PCBA |
分析方法 |
外观 |
清洁,不影响可焊性 |
清洁,无脏物,锡渣锡珠及不固定的金属颗粒均不允许 |
显微镜或放大镜目测 |
离子残留物 |
<1.56
mgNaC1eq/
|
<1.56
mgNaC1eq/
|
IPC-TM-650 2.3.25 2.3.28 |
松香树脂残留物 |
清洁,无残留物 |
Class
1<200mg/
Class
1<100mg/
Class
1<40mg/
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IPC-TM-650 2.3.37 |
SIR |
清洁,无残留物 |
参考有关标准自定义 |
EIA/IPC J-STD-001C |
有机残留物鉴别 |
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生产方与用户方商定限定的物质 |
IPC-TM-650 2.3.39 |
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、离子型残留物、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表1,下面佩特科技小编将逐个简要介绍。
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,PCBA加工厂自己制定检验判断标准,以及检查时使用放大镜的倍数。
2、离子型残留物分析方法
离子型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当量数来表示。即这些离子型残留物(只包括那些可以溶入在溶剂)的总量,相当于多少的氯化钠的量,并非在PCBA的表面一定存在或仅存在氯化钠。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。这种测试一般事先用基准的氯化钠配成溶液,进行校准得到标准曲线。
2、离子型残留物分析方法
使用的混合剂电阻率必须大于6MΩcm。冲洗萃取PCBA的残留物时,使用的混合剂的量一般为1.5ml/
,最多不超过10 ml/
,在操作时,收集的溶剂的体积是不严格的,但总得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,需要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:
1)溶剂组成
2)静态溶剂所用的溶剂体积或动态溶剂所用的流速
3)测试温度
4)校准情况
5)面积(计算方法)
6)测试时间
7)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,此外动态法是可以记录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PCBA加工厂选择清洗工艺有帮助。
许多请况下,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,逐个进行测量放线,然后再换算成单位表面的离子残留量。
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,纯松香的残留物对Class2以下的产品一般不会带来显著的可靠性问题,因为它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。何况它包裹的离子型物质在松香表面后有溢出的可能性,因此从保证PCBA及至整机可靠型的角度,松香残留物越少越好。
4、其他有机残留物的测试
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,有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。
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