什么是PCBA加工中常說的白斑

部分PCBA加工成品中可能會遇到白斑問題，白斑現象一般出現在焊接過程或焊后清洗過程中，主要表現為PCB表面、引腳及焊點表面或周圍出現白斑或白色殘留物，白斑物質的成分可能是結晶松香、松香變性物、有機和無機金屬鹽、組焊劑、助焊劑或清洗(xi)劑等反應物以及焊接高溫(wen)產生(sheng)的(de)(de)其他化學物質(zhi)，但大部分是來自于(yu)助焊劑中的(de)(de)松香或水溶(rong)性酸發(fa)生(sheng)了化學變化，造成(cheng)(cheng)所產生(sheng)的(de)(de)物質(zhi)較其原(yuan)組成(cheng)(cheng)更難溶(rong)于(yu)清洗(xi)劑。

一般比(bi)較疏松的(de)樹脂殘(can)留物(wu)，以相似相溶(rong)(rong)(rong)(rong)原(yuan)(yuan)理(li)和(he)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)系數為理(li)論基礎，，選(xuan)用不同溶(rong)(rong)(rong)(rong)劑(ji)的(de)組(zu)合來達到溶(rong)(rong)(rong)(rong)脹和(he)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)后(hou)即可清(qing)(qing)洗去除。但有(you)機(ji)酸會和(he)錫、鉛等金屬(shu)及其金屬(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)發生金屬(shu)皂化(hua)反應形(xing)成(cheng)羧酸鹽，且溫度越高，時間越長形(xing)成(cheng)越多。這類質硬金屬(shu)鹽一般溶(rong)(rong)(rong)(rong)劑(ji)無法(fa)清(qing)(qing)除，需超(chao)聲(sheng)波協(xie)助清(qing)(qing)理(li)。因此工藝上(shang)可通過降低(di)溫度和(he)縮短時間來減少該類殘(can)留物(wu)的(de)形(xing)成(cheng)。另外，焊(han)后(hou)有(you)機(ji)物(wu)的(de)變性給清(qing)(qing)洗劑(ji)的(de)成(cheng)分配置帶來困(kun)難(nan)，再加上(shang)組(zu)焊(han)劑(ji)的(de)品(pin)種和(he)PCB生產工藝中的(de)化(hua)學干擾，焊(han)劑(ji)中某些(xie)溶(rong)(rong)(rong)(rong)劑(ji)的(de)介入破壞了(le)組(zu)焊(han)劑(ji)原(yuan)(yuan)有(you)表面品(pin)質，使(shi)得白斑現象層出不窮(qiong)，只(zhi)有(you)針對性地(di)選(xuan)擇清(qing)(qing)洗劑(ji)了(le)。

鑒于白(bai)(bai)斑的(de)(de)種(zhong)類比較(jiao)多，且對PCBA加工(gong)產(chan)品質量會有一定影響，因(yin)此有必(bi)要找出不同種(zhong)類白(bai)(bai)斑產(chan)生的(de)(de)原(yuan)因(yin)，白(bai)(bai)斑現象(xiang)在波峰焊(han)接及(ji)再流焊(han)工(gong)藝中均有發生，白(bai)(bai)斑成(cheng)分非常復(fu)雜，成(cheng)因(yin)也(ye)不易(yi)被(bei)預測。由于波峰焊(han)接工(gong)藝控(kong)制(zhi)較(jiao)為復(fu)雜，白(bai)(bai)斑辨識也(ye)較(jiao)困難，生產(chan)中一般(ban)可通(tong)過(guo)以下(xia)幾(ji)步加以確認。

PCBA白斑成份辨識方法

1. PCB辨識
從問題批量中取出幾塊未插件的裸板，使用一般除助焊劑的清洗程序進行預洗。預洗后的裸板采用標準組裝工序后清洗。若預洗后的板子經過相同程序后無白斑出現，表示問題是裸板受到污染。確認裸板的制造過程是否有問題。

2. 助焊劑辨識
從問題批量中取出幾塊未插件的裸板，不添加助焊劑，但按照標準組裝工序進行其他步驟。若無白斑出現，表示問題與助焊劑及焊錫有關。

3. 焊接辨識
重復助焊劑辨識，但略過波峰焊步驟。若無白斑出現，表示問題與焊接溫度太高或時間太長有關。

4. 清洗劑/清洗工藝辨識
標準組裝工序后的PCBA，延長焊后至清洗的間隔時間待溫度降至室溫后再進行清洗。若無白斑出現，表示問題與清洗工藝溫度有關。

5. 其他成因辨識
其他原因造成PCBA表面殘留物，可通過光學方式來檢查其形態，也可通過滴入水或酒精等溶劑來觀察。若溶于水則表示為無機物殘留，若溶于酒精則表示為有機殘留物。

PCBA白斑種類及形成原因和清洗方法

常規PCBA清洗方法可能(neng)對本文涉及(ji)的部分頑(wan)固性白(bai)斑(ban)(ban)的效(xiao)果有限(xian)。下面根據不同PCBA白(bai)斑(ban)(ban)出(chu)現(xian)的原因(yin)針對性介紹相關清洗方法。白(bai)斑(ban)(ban)大部分是來(lai)自于助焊劑中的松(song)香或水溶性酸發生了化學變化。下面對兩種成(cheng)分產生白(bai)斑(ban)(ban)原因(yin)進(jin)行簡(jian)單分析。

1. 松香樹脂殘留物
含有松香或改性樹脂的助焊劑，主要是由非極性的松香樹脂及少量的鹵化物有機酸和有機溶劑組成。鹵化物有機酸（如乙二酸）等活性物質在焊接過程中經過復雜的化學反應過程，產物可以是未反應的松香、聚合松香、氧化松香、分解的活性劑及鹵化物以及與金屬反應產生的金屬鹽等。未反應的松香較易除去，但具有潛在危害的反應物不容易清除。

2. 氧化松香殘渣
松香樹脂主要由松香酸組成，由于其分子中有不飽和的雙鍵，很容易被氧化。焊接受熱時，松香酸迅速氧化成過氧化物和酮類化合物，比原樹脂更不容易溶于溶劑，清洗后在PCB表面就會出現明顯不規則分布的白斑，而且在PCB受熱較厲害的部分更加明顯。
這類白斑不能用普通的含氯、含氟溶劑清洗干凈，酒精溶劑或被皂化的水也不能將它清除。常采取兩種辦法：適當的擦洗方法；用加熱的原始助焊劑將其溶解，然后再用正常的清洗溶劑將它清除。
另外，為了提高松香的抗氧化性，部分助焊劑配方中使用了改性后的氫化松香予以改善。但由于焊接過程中復雜的化學反應，此方法并未有效防止白色殘余。

3. 聚合松香殘渣
松香型助焊劑在焊接過程中發生聚合反應，原因與氧化松香成因一樣。當松香聚合時，會形成一些長鏈分子，頑固地牢牢附著在PCB表面，不溶解于任何普通溶劑。值得注意的是，聚合松香形成需焊料表面的錫氧化物做催化劑，去除辦法一般采用和氧化松香同樣的辦法。

4. 水解松香殘渣
松香本身不溶于水，但在儲存和使用過程中，會吸收空氣中的潮氣，再用水清洗方式和含水酒精溶劑進行清洗時，同樣會與水結合，發生水解反應。松香中被水解的部分一般不溶于清洗溶劑，但其形成本身是個可逆過程，給水解松香緩慢加熱到100 ℃，水解松香將會分解，然后用常規溶劑將其去除。但若加熱控制不當，將導致其發生不可預料的復雜化學反應，形成更難清洗的其他殘留。

5. 有機酸焊劑殘留物
含有機酸的助焊劑殘留物，主要是未反應的有機酸（如乙二酸、丁二酸等）及其金屬鹽類。大多數無色免清洗助焊劑就是這一類，主要由多元有機酸組成，也包括常溫下無鹵素離子而焊接高溫時產生鹵離子的化合物，有時也包括極少量的極性樹脂。有機酸與焊料形成的鹽類有較強吸附性能，且溶解性極差。使用水溶性助焊劑時，更大量的這類殘余物及鹵化物鹽類會產生，但由于及時的水清洗，這類殘留物可以得到很大程度的降低。

6. 免清洗助焊劑造成的殘渣
免清洗助焊劑焊后，焊點表面一般有一層透明的膠膜將殘渣緊緊包裹，但若進行清洗破壞了這層透明物質，暴漏的殘渣將以難溶白色斑塊表現出來，其基本成分和上述殘渣類似。

7. 水清洗工藝造成的殘留
水清洗過程中，皂化劑過于集中或活性過強，會引起PCBA焊料表面的氧化，形成白色的氧化錫膜。若水清洗過程中使用了鋁或鋅的夾具（如清洗籃），或將其用磷化工藝電鍍，鋁或鋅將首先被氧化而形成氧化鋁或氧化鋅薄膜，或者是混合磷/鋅薄膜，污染焊錫表面。鋁夾具還會和水溶液中的皂化劑發生反應，在鋁的表面形成白色殘留，通過水轉移到PCBA表面，造成污染。
另外，若清洗用水為硬水，將富含鎂、鐵或鈣，當PCBA清洗干燥后，也會留下白色的殘留。正常情況下，水會被強制從板面吹走，以免水溶性白色殘留在板面，但此方法往往不怎么有效，即使是軟水，清洗后也常常有白色的鈉鹽留在板面。

8. PCBA材料兼容性不佳造成的殘留
   • PCB+松香助焊劑+焊料殘渣
   PCB層壓結構中未反應完全的環氧氯丙烷會引起松香助焊劑的聚合反應，不過焊料氧化物的存在是其聚合反應的先決條件。要解決此問題，首先要保證PCB層壓材料的完全固化。
   
   • PCB+助焊劑殘留
   PCB層壓結構中的環氧樹脂由環氧氯丙烷和四溴雙酚A熱固化而成，其中溴是作為阻燃劑而添加的。環氧樹脂由于種種原因，有時并不能完全固化，其中的溴苯酚在高溫下（135℃）發生分解反應，形成溴離子并與富鉛的焊料表面發生化學反應，形成白色的溴化鉛，并與金屬的氯化鹽混合，不溶于任何酒精和水，但溶于稀鹽酸。要根本上解決此問題，PCB制造商必須控制好其制造工藝。
   
   • 焊料+松香助焊劑殘渣
   焊接過程中焊料、元器件引腳的Sn、Pb、Cu、Fe等元素會和助焊劑中的酸發生復雜的化學反應，形成一系列復雜的化合物，其中以Sn和Pb的松香酸脂和海松酸甲酯為多。要解決此問題，需通過一些預防性措施，比如對焊接工藝進行優化，減少松香受熱時間等。
   
   • 焊料+鹵化物活性劑殘渣
   焊接過程中助焊劑里活性劑和各種成分發生復雜的反應，形成金屬鹵酸鹽，通常是Sn、Pb、Cu的氯化物，被固化的松香類樹脂緊緊包裹，活性難以發揮，主要表現為半透明的高絕緣性物質，在一定程度上影響了外觀。一旦進行清洗，膠膜被破壞，氯化物會進一步與空氣中水分和二氧化碳形成碳酸鹽，主要為白色碳酸鉛和氫氧化鉛。圖11為有鉛焊點存放一段時間后出現白斑的現象及成因。要避免此類問題發生，可選用低活性助焊劑或不做任何清洗，或徹底清洗。
   
   • 焊料+清洗劑殘渣
   含氯含氟的清洗劑常用來清洗焊后PCBA表面殘留物，清洗劑中各種鹵化物離子與金屬發生復雜的化學反應，形成難容的化合物，最常見的依然為氯化鉛和碳酸鉛。要避免此類問題出現，最好用干凈未過時的清洗劑，同時避免產品吸潮。
   

怎么避免PCBA白斑的產生

1. 控制PCB及元器件清潔度
PCB與元器件來料應保證表面無明顯污染物，元器件表面的污染物也會因工藝原因帶到PCB上。一般PCB的離子污染應控制在1.56 mg/cm 2 (NaCl)以下，元器件在保持可焊性的同時，保證同樣的清潔度。

2. 防止PCBA轉移過程污染
組裝好的PCBA隨意堆放，車間環境未達到無塵車間要求，人員操作不合規范等，極易引起PCBA板面的污染，因此應采取必要的措施，保證作業條件清潔度要求。

3. 焊劑或焊膏的選擇
選用低固含量或免清洗的焊劑或焊膏，并盡量優化工藝，保持PCBA板面清潔度最佳。一般新焊材的應用最好通過工藝試驗驗證，然后再確定。

4. 加強工藝控制
PCBA板面殘留物主要來自于焊劑，因此在保證焊接質量條件下，盡可能提高焊接時的預熱溫度及焊接溫度，以及必要的焊接時間，使盡可能多的離子殘余會隨著高溫分解或揮發。另外，采用防潮樹脂保護等措施，也能間接地防治或降低離子殘留物的影響。

5. 使用清潔新工藝
PCBA板面的離子污染絕大部分在清洗前難達到標準。要么與客戶協商降低要求，要么進行嚴格的清洗工序。目前由于環保要求，許多性能好的溶劑可能不被使用，必須選用清潔工藝，又不對環境造成新的污染，這是件非常不容易的事情。

焊(han)后(hou)殘余物是直接影響產品(pin)質量極為重(zhong)要(yao)的(de)一(yi)環，離(li)子性殘余易引(yin)起電(dian)(dian)遷移造成絕緣性下降，松香樹(shu)脂性殘余易吸附灰塵或雜質引(yin)起接觸電(dian)(dian)阻增大(da)甚至開(kai)路失效，焊(han)后(hou)需進(jin)行(xing)嚴格的(de)清洗(xi)。隨著電(dian)(dian)子產品(pin)對可靠性要(yao)求的(de)重(zhong)視，清洗(xi)工(gong)藝將會得(de)到推(tui)廣與應用(yong)，尤其是在航天、航空等電(dian)(dian)子設備中(zhong)。電(dian)(dian)子產品(pin)制造商應當根據產品(pin)類型和自身條件，合(he)理選擇清洗(xi)工(gong)藝，從而提高(gao)產品(pin)質量。

關于PCBA加工清洗怎樣才算合格，可以參考櫻花視頻:PCBA外觀檢測標準中相關內容的介紹