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我國PCB板非ODS清洗技術(shù)現(xiàn)狀引發(fā)的思考

來源:龍人計(jì)算機(jī)研究所 作者:站長 時(shí)間:2009-11-17 15:29:51

1.背景
  1.1印刷電路板的非ODS清洗技術(shù)已基本解決
  在聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署(UNDP)、國家環(huán)境保護(hù)總局、信息產(chǎn)業(yè)部、清洗行業(yè)特別工作組、中國洗凈工程技術(shù)合作協(xié)會(huì)及其專家委員會(huì)、專業(yè)廠商等的支持、組織、努力下,我國印刷電路板(PCB)清洗的ODS替代技術(shù),參照、吸收了先進(jìn)國家和地區(qū)的經(jīng)驗(yàn),并進(jìn)行了國情化改進(jìn)與創(chuàng)新,已基本解決。這在非ODS清洗展覽會(huì)、交流會(huì)、《洗凈技術(shù)》上都有交流與報(bào)導(dǎo),特別是在中國清洗行業(yè)ODS淘汰全國工作會(huì)議《文件匯編》、原信息產(chǎn)業(yè)部電子第四十六所發(fā)表的《印制電路板非ODS清洗技術(shù)》、由國家環(huán)境保護(hù)總局清洗行業(yè)特別工作組組織、北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院負(fù)責(zé)編寫的《清洗技術(shù)基礎(chǔ)教程》第七章“清洗替代技術(shù)及其發(fā)展趨勢”和《洗凈技術(shù)》2004年6、7期連載的《印制電路板的清洗技術(shù)》等文章中,均做了比較系統(tǒng)的介紹。
  1.2當(dāng)今的思考
  1.2.1對(duì)行業(yè)發(fā)展的思考:
  我國的電子信息制造業(yè),2003年大陸的產(chǎn)值已近1.5萬億元人民幣,其中作為設(shè)備產(chǎn)品基礎(chǔ)部件的PCB占到整機(jī)的15~35%;目前境內(nèi)PCB組裝主機(jī)、進(jìn)口貼片機(jī)已達(dá)5200多臺(tái),進(jìn)口的SMT設(shè)備占全球的30%左右,電子信息設(shè)備產(chǎn)品已擴(kuò)展到各個(gè)領(lǐng)域:生活用、工業(yè)用,民用、軍用,當(dāng)?shù)厥褂谩⒊隹诰惩,一般環(huán)境、惡劣環(huán)境等等,無所不到。由清洗參與的PCB生產(chǎn),一方面規(guī)模大、關(guān)系我國的國民經(jīng)濟(jì),大有用武之地;另一方面,技術(shù)要求各不相同,必然要有多種應(yīng)對(duì)技術(shù),除一般解決方案,還需有專用解決方案。
  1.2.2對(duì)技術(shù)發(fā)展的思考隨著“全球市場”、“全球制造”格局的興起,全球競爭更為激化,電子設(shè)備產(chǎn)品正朝著更精密化、更高科技化方向急速發(fā)展著,對(duì)PCB及PCB清洗有了更高的要求。如:
 。1)感知與處理的信號(hào)更加微弱與靈敏。這就要求更小的背景“噪聲”,也就要有更為潔凈的PCB;
 。2)工作頻率更高,帶寬更寬。也就要求電路環(huán)境的更高的一致性,更少的引起干擾的異物;
 。3)更輕、小型化;
  ①更輕、小元件,如0201以至更小的chip元件的引入。
 、诟叩慕M裝密度,如元件間距小于0.2mm。這些都涉及組裝清洗的技術(shù)負(fù)擔(dān)。
 。4)結(jié)構(gòu)不同、焊點(diǎn)清洗部位隱蔽的新型器件如:microBGAs、Flip-Chips等的引入。
 。5)更高的耐(電)壓趨勢。
 。6)更惡劣的工作環(huán)境的適應(yīng)性等等。
  所有這些,一方面,擴(kuò)大了PCB的清洗面,原不需作清洗處理的,現(xiàn)今要作清洗處理了;這就要消耗資源,增大成本,削弱競爭力,從而要有更優(yōu)化的解決方案。另一方面,提出了新的技術(shù)需求,其一是:更精深的清洗技術(shù);其二是:適應(yīng)新型元器件組裝的清洗技術(shù)。這就涉及了清洗的工作負(fù)荷和清洗的技術(shù)負(fù)荷。
  1.2.3對(duì)無鉛焊的思考
  無鉛焊的興起,為適應(yīng)無鉛焊的清洗,更加大了PCB的非ODS清洗技術(shù)的復(fù)雜性。當(dāng)然也可看作是兩步并作一步完成的機(jī)遇,但畢竟加大了前進(jìn)的跨距。
  為此,總體而論,當(dāng)今PCB清洗,其技術(shù)要求遠(yuǎn)比氟氯烴ODS工藝時(shí)期更高了,而技術(shù)的制約性又遠(yuǎn)比氟氯烴ODS時(shí)期更嚴(yán)了。這也就是需有多種解決方案的內(nèi)在原因,也就是再要有“當(dāng)今思考”的原因。
  面臨的發(fā)展趨勢及引發(fā)的思考,諸如:
 、傩滦驮骷慕M裝清洗
 、跓o鉛焊的組裝清洗
  ③小產(chǎn)量清洗技術(shù)
 、軆(yōu)化技術(shù)方案
  2.面臨的發(fā)展趨勢
  2.1新型元器件的組裝清洗
  BGA封裝,由于其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢,今后將更為普及。它正在向微細(xì)球距方向發(fā)展,到了microBGAs,焊后用以作為清洗液通道的與PCB的間隙變得十分微細(xì),由此引起了新的清洗問題如:
 。1)當(dāng)它與其它的元器件一并組裝在PWB上成為PCB時(shí),清洗液的滲入與排除以及相鄰元器件的阻擋就要有新的關(guān)注;
  (2)由于其價(jià)格相對(duì)昂貴,都希望一次組裝成功,從而在焊劑的選用上大都放大了可焊性的保障考慮,將會(huì)相對(duì)放大焊劑的活性與用量。這就增大了對(duì)清洗的負(fù)荷。
 。3)更重要的是無法目視,也無法透視,也就難以評(píng)價(jià)其潔凈程度;現(xiàn)實(shí)的辦法,只能依賴于清洗技術(shù)的保證。
  以上這些在未有足夠?qū)嵺`之前,還是要有謹(jǐn)慎的關(guān)注,必須解決好:
 。1)焊劑選擇與清洗工藝的匹配以及焊后殘?jiān)男再|(zhì)與數(shù)量的控制;
 。2)清洗劑的流入、流出的通道和相鄰元器件阻擋;
 。3)盡量選用低粘度清洗劑;
  (4)干燥熱風(fēng)的走向與阻擋;
  已有的一些考慮與設(shè)備技術(shù):
 。1)離心技術(shù)
 。2)“垂直液流刀”技術(shù)
  再如Flip-Chips等,更為精微,其焊球的直徑以及與PCB的間隙小到0.2mm以下,都有它們更特殊的問題要思考。一些技術(shù)與設(shè)備供應(yīng)商為此也已有特別的供應(yīng)注明,如:“所提供的設(shè)備能應(yīng)用于microBGAs和Flip-Chips的處理”,自有它獨(dú)到的技術(shù)用意。
  2.2無鉛焊組裝清洗
  無鉛焊,同樣是為保護(hù)環(huán)境的大勢所趨,勢在必行。而無鉛焊,其難度遠(yuǎn)大于非ODS清洗,至今未有較滿意的定論。其焊料品種繁多,但可焊性無一可及含鉛焊料,明顯影響到焊后的清洗。
  2.2.1可焊性無一可及含鉛焊料,從而:
 、俑笾谥竸┑幕钚裕话阈柽x擇更高活性的助焊劑;
 、诟笾谥竸┑挠昧浚赃m應(yīng)更多污物(氧化物)的處理;在波峰焊時(shí),大都將發(fā)泡涂布改為了噴霧涂布。
  2.2.2焊接溫度一般高于含鉛焊料
  除個(gè)別配方的共晶溫度低于含鉛焊料很多以外,有實(shí)用意義的無鉛料的焊接溫度大都高出含鉛焊料幾十度。
  由于這些原因,無鉛焊后的殘?jiān)亢拖磧綦y度,大都高于含鉛焊料。為此,在實(shí)際生產(chǎn)中,特別在延用含鉛焊料的清洗工藝時(shí),需有精心的關(guān)注和技術(shù)的適應(yīng)性調(diào)整。我國無鉛焊工藝尚在起步階段,感受與經(jīng)驗(yàn)還相當(dāng)有限。更要注意的是,如上所述:①PCB生產(chǎn),相對(duì)于清洗、焊接更是主工序;②相對(duì)于非ODS清洗,無鉛焊又更有技術(shù)難度,從而要有遷就無鉛焊發(fā)展的非ODS清洗技術(shù)的準(zhǔn)備。事實(shí)上,無鉛焊技術(shù)開發(fā)中,至今只想極力借助助焊劑的支持,根本顧不上為簡化清洗而選擇助焊劑。
  當(dāng)然,導(dǎo)電膠工藝,可免除清洗,但很難成為主流技術(shù)。
  2.3小產(chǎn)量清洗技術(shù)
  以前ODS的淘汰工作,集中力量于ODS耗量大、一般技術(shù)又能解決的PCB生產(chǎn)“大戶”,未顧及產(chǎn)量小、又有特殊要求的眾多生產(chǎn)“小戶”!按髴簟苯鉀Q后,“小戶”的問題即浮現(xiàn)了出來。
  2.3.1這些“工廠”的特點(diǎn)是:
  ①產(chǎn)量;
 、趹魯(shù)多;
  ③設(shè)備簡單,大都為手工、半手工;
  ④技術(shù)知識(shí)有限;作為輔助工種,無專人經(jīng)管;
 、輰(duì)PCB潔凈度的要求,往往比較高;
 、拊骷贩N多,高精、新型元器件更多。
  2.3.2一般的技術(shù)考慮
 、賹(duì)人體、防火、防爆安全的高保障;
 、赑CB潔凈度的高保證;
 、勰苓m應(yīng)高精、新型元器件,如microBGAs、Flip-chips等等。
 、芷饎(dòng)、操作、維護(hù)簡易;
 、萘闩盼刍蚪闩盼;
 、拊O(shè)備小巧,占地少。
  2.3.3設(shè)想與建議
  立專項(xiàng)支持,以研究、選配、設(shè)計(jì)出典型性的工藝和設(shè)備,供大家共享,以徹底替代ODS,如:
  ①一般水基清洗工藝和設(shè)備
  a.適用于一般技術(shù)要求的清洗;
  b.由DFM和組裝焊接規(guī)范支持;
  c.零排放,近零排放;
  d.使用、維護(hù)簡易、清潔安全。
 、诟呔逑垂に嚭驮O(shè)備
  a.勝任高精、高密、組裝有microBGAs、Flip-Chips等高新元器件的高潔凈清洗;
  b.由DFM和組裝焊接規(guī)范支持;
  c.零排放、近零排放;
  d.參數(shù)自控,特別是潔凈度自控
  e.設(shè)備整體整潔、精美。
  ③高精溶劑清洗工藝和設(shè)備
  a.勝任高精、高密、組裝有microBGAs、Flip-Chips等高新元器件的高潔凈清洗;
  b.由DFM和組裝焊接規(guī)范支持;
  c.無毒、低毒、防火、防爆;
  d.溶劑內(nèi)循環(huán),低排污;
  e.參數(shù)自控,特別是潔凈度自控
  f.設(shè)備整體整潔、精美。
  2.4優(yōu)化技術(shù)方案
  ODS替代,即使在國際上也屬新事物,我國更是近幾年的事;PCB的清洗又有極為復(fù)雜的材料相容性和電氣相容等的困難,技術(shù)基礎(chǔ)薄弱,而時(shí)間緊迫,特別又遇上無鉛焊,新型元器件,以及電子技術(shù)高科技化趨勢等等,技術(shù)準(zhǔn)備就更顯得不夠充分。正如很多專著中提及的,如:
 。1)溶劑型的人身安全,防火、防爆,設(shè)備操作技術(shù)要求高等難題并未徹底解決。
 。2)水基、半水基的耗水、耗電大,廢水污染等問題同樣未有滿意的解決方案;
 。3)設(shè)備占地大,不緊湊;
 。4)生產(chǎn)成本高;
  這些與電子信息產(chǎn)業(yè)的精巧、精干的特色尚不相稱。希望在這代設(shè)備磨損更新時(shí),有更先進(jìn)更完善的技術(shù)和設(shè)備成長起來。當(dāng)前,這方面已有了一些好的跡象,如:
 。1)聲稱能勝任microBGAs、Flip-chips等新型元器件組裝的非ODS清洗;
  (2)聲稱污水達(dá)到零排放,或近零排放;
  (3)體積小,占地少,精巧,緊湊;
 。4)耗電、耗水少。
  (5)半自動(dòng)、非流水,占用的勞動(dòng)力并不更多;流水、自動(dòng),效率高、產(chǎn)量大。
  (6)全局的參數(shù)自控、特別是潔凈度的自控(7)“柔性化”的趨向。
  以上這些,均有助于PCB的非ODS清洗技術(shù)向縱深發(fā)展。
  3.結(jié)語
  我國PCB清洗的ODS替代,正面臨著向縱深發(fā)展、更上一層樓的轉(zhuǎn)折。PCB的清洗,原本是PCB組裝的輔助工序,其工藝技術(shù)必然與組裝相互制約。研發(fā)ODS替代技術(shù)時(shí),孤立地就事論事、就清洗論清洗,不與上下工序一體思考,不延伸到上下游互動(dòng),就很難有更上一層樓的優(yōu)化解決方案出現(xiàn)。例如:不把清洗的液流阻擋的排除,作為DFM(面向制造的設(shè)計(jì))的制約因素歸進(jìn)PCB設(shè)計(jì),不把清洗的要求作為助焊劑選擇的制約因素去選擇助焊劑等等,就難有高質(zhì)量、低成本、快速度的全局優(yōu)化的非ODS清洗方案出現(xiàn);潔凈度與產(chǎn)量也將難有保證。另一方面,也說明,“優(yōu)化”是有前提的,是因地制宜的。
  更優(yōu)的清洗技術(shù),有助于將ODS替代徹底進(jìn)行到底、有助于我國電子信息制造業(yè)這經(jīng)濟(jì)主力軍的參與全球市場的競爭;另一方面,更上一層樓的先進(jìn)技術(shù),也有助于有作為的清洗技術(shù)廠商贏得更為廣闊的市場機(jī)遇。