OB体育在电子制造业生产过程中需要持续保证产品的质量和可靠性。而焊接过程中使用的免洗助焊剂、RMA助焊剂或OA助焊剂有可能残留在PCB板表面，造成电路板和元器件之间的枝晶、电化学迁移和漏电等现象，进而造成产品故障和失效。
针对OA助焊剂残留的情况，已经有大量研究表明使用去离子水作为单一媒介进行清洗的工艺方式无法有效去除烧结助焊剂残留，特别是在处理低引脚间距的元器件时，尤其表现出去离子水的清洗效力存在的局限性。另外，由于市面上有数不清的助焊剂配方且不同的产品之间拥有巨大的差异，因此要彻底去除助焊剂残留有时就意味着巨大的挑战。
在为某一套特定的工艺选择溶剂或清洗剂的时候不仅需要考虑清洗液溶解污染物残留的能力，还需要考虑包括pH值，表面张力，密度和黏度在内的诸多因素，另外，清洗剂在溶解一种材料时对另一种材料的兼容性也至关重要。选择清洗工艺的过程可细分为两个过程：判断清洗剂的SCR（静态清洗效率）和DCR（动态清洗效率）。一种对某类污染物具备高溶解能力的清洗剂是否也拥有极高的动态清洗效率正是本文希望探讨的问题。
· 清洗设备通过机械能促使清洗剂与污染物残留充分接触的能力，即清洗设备是否能够使清洗剂完全覆盖需清洗元件的表面、是否如预期地到达了需清洗元器件底部的间隙中。这种能力也被称为DCR（动态清洗率）
本研究的实验过程在一家生产多种高可靠性航空航天和国防军工产品的电子制造厂中进行，该制造厂拥有多条产线，虽然所有的清洗设备都具备了粗清洗、精清洗、化学隔离，漂洗和精漂洗等功能在内，但是喷淋臂的排布方式和喷嘴的数量各不一样，风刀的应用方式和一些具体工艺参数的设置也都不一样 ，在所有的清洗设备中都使用一种水基型的清洗剂，以下简称为清洗剂A。
在该电子制造厂的贴装工艺中工程师们发现在线路板表面及元器件底部存在污染物残留。通过视觉检测即可观察到污染物残留的存在，使用表面阻抗测试和离子色谱分析对污染物进行分析的结果也说明确实存在污染物残留。为了满足质量标准，工程师们一旦发现了含有污染物残留的线路板就会把这些产品放入清洗设备中多次清洗。由于整套贴装工艺均为某一特定产品而设计，因此在焊接过程中仅使用了一种RMA锡膏，以下简称为某锡膏。
为了分析和解决线路板上的污染物残留问题，该电子制造厂决定与ZESTREON合作，共同开发出一套实验性的研究来寻找清洗工艺效率不高的原因并相对应地实施纠正措施。另外OB体育，该电子制造厂希望能够为所有清洗设备的喷淋臂和喷嘴排布方式定下一套特定的标准。最初的清洗工艺评估结果基于该电子厂中的某一台特定在线清洗机而完成，下文中统称为基准清洗设备，在基准设备上设置的工艺参数以该电子制造厂原来使用的各项参数为准。
在实验进行的随后过程中，工程师们在基准设备上改变喷淋臂的排布、增加喷嘴的数量、调整喷淋压力以增加流量、改变清洗工艺的温度和接触时间进行了一系列复杂的测试并逐一分析OB体育。还对某种备选清洗剂（本文中统称为清洗剂B，在处理某锡膏时该清洗剂表现出良好的SCR）进行了评估。
从电子制造厂的角度而言，本次研究能够帮助他们解决清洗工艺可靠性方面的问题。从清洗剂制造商的角度而言，该研究揭示了SCR和DCR之间的关系及相互影响的规律，为工程师们在选择清洗剂及优化设备参数时提供了启示。
为了评估工艺的效率并开发出一套实验性的研究以探索SCR和DCR之间的相互关联，研究者首先需要理解工艺参数之间如何互相影响。
SCR是指清洗剂在不借助机械作用的前提下自行溶解污染物的能力。SCR完全依赖于清洗液的化学作用、热能量和接触时间来去除污染物。影响SCR的工艺参数包括：
DCR是指清洗液在伴随着机械能激励的前提下将线路板表面和元器件周围及底部间隙中的污染物残留去除的能力。影响DCR的因素包括之前提到的热能、清洗液的化学性质，另外还要包括清洗液的冲击效果，能够改变清洗液冲击效果的因素有：
另外一个虽然与冲击力度无关却仍会对DCR造成影响的因素是载板篮的设计，在清洗工艺中经常需要将元器件放入载板篮中清洗并实现不同清洗处理之间的转换，但是在使用装载载板篮的时候有可能造成阴影效应，有时甚至会挡住喷嘴，造成清洗工艺的效率下降。在本文所研究的电子制造厂内，使用载板篮进行清洗形成了标准，因此在研究清洗工艺的效率时必须将装载载板篮的设计考虑在内。
本次研究使用基准清洗设备和它的两个加强版本对元器件进行清洗，并将实验过程分为了几个不同的阶段。加强版设备与基准清洗设备最主要的不同体现在设备顶部的喷淋臂上，在粗清洗和精清洗的过程中分别使用了以下设置：
· 基准清洗设备：五（5）条喷淋臂和一（1）道水刀，清洗液的喷淋压力达到30psi（如图8）
· 加强版1号：增至十一（11）条喷淋臂和一（1）道水刀，清洗液的喷淋压力达到55psi（如图15）
· 加强版2号：增至十二（12）条喷淋臂，去掉水刀，改变喷嘴的类型并使得清洗液的喷淋压力达到134psi（如图24）
基准设备有四（4）英尺的清洗长度，喷嘴类型为V-Jet扇形OB体育，但是加强版清洗设备中的喷嘴与基准设备存在差异，喷淋臂的压力也因为喷淋臂排布规则不同而不同。
在本次研究中使用烧杯来判断清洗剂的SCR，为了完成评估过程，工程师们在烧杯中盛一定浓度的清洗液并将其加热至指定温度，烧杯中的磁力搅拌子确保清洗剂分子与水分子充分混合均匀。在达到指定的温度以后将事先焊接了锡膏的测试板完全浸没在烧杯中静置指定时间，然后再将测试板从烧杯中移出并手工用去离子水进行漂洗，然后再烘干并对其表面洁净度进行分析。在完成了这一系列测试以后找到能够最大程度发挥该清洗剂SCR的相关参数，如：
标准测试板，如图2所示。在这一分析过程中需要对元器件底部的洁净度进行判断以衡量DCR的效率，因此在测试板的表面集成了大量引脚间距非常小的SMT元器件，并在回流后进行清洗，然后除去元器件并对元器件底部的情况进行目检。
在测试清洗剂SCR的过程中，一名客户和两名工艺工程师按照IPC-610E[3]的标准使用表2中所列出的评估体系对平均目检结果进行分类。在衡量低引脚间距元器件底部的洁净度时则使用了百分率。
在本研究阶段，作者的目标是确定清洗剂A的SCR，即找到能使清洗剂完全溶解焊后助焊剂残留时的清洗液浓度、清洗温度和接触时间等参数。在本过程中使用的是未集成元器件的ZESTRON
测试板。使用该电子制造厂的某锡膏对测试板进行处理并在该厂原先使用的炉温曲线设置下对测试板进行回流。回流后将测试板浸入烧杯中对清洗剂A的SCR进行考量，SCR测试中涉及的参数变量将在表3中详细列出。
通过对表3中的变量进行因子分析，在不同的情况下找到清洗剂浓度、清洗温度和接触时间的最佳组合，由此确定清洗剂A的SCR，测试结果如图3,4,5中所示。
有趣的是该电子厂原有的操作参数（见表1）在SCR洁净度评级中仅得到了5分制中的2.5分（如图4）和3分（如图5）
最优的结果在清洗液浓度为10%，150华氏度，接触时间为10分钟（图3）和清洗液浓度为20%，150华氏度，接触时间为5分钟或10分钟时获得（图5）。
为了确定主要变量对工艺的影响及它们之间的相互关系，工程师们进一步采用了Minitab软件将SCR测试取得的数据绘制成图。
如图6所示，锡膏的溶解速度与清洗温度息息相关，当温度从140华氏度（电子厂当前使用温度）升至150华氏度时，锡膏溶解速度大大加快，而清洗液浓度从15%升到20%或是增加接触时间从5分钟至10分钟时，对锡膏溶解速度的影响并不太大。
另外，通过对影响静态清洗效率的参数进行相互之间影响的研究发现，清洗液浓度为20%时，清洗表现优于10%和15%。当清洗液浓度为20%时，将接触时间从5分钟延长到10分钟仅能稍微提升溶解速度。有趣的是在这方面清洗液浓度为10%时比清洗液浓度为15%时的表现要好，清洗液浓度为10%和20%时将浸泡时间延长为10分钟以后的清洗表现非常相似。
当清洗液温度为150华氏度时获得了最佳溶解速率，当温度达到150华氏度时，清洗液浓度为10%和20%时的清洗表现非常相似并相对于15%的清洗液浓度具有更好的表现。当然为了更好的结果也可以延长接触时间。
在研究的这一阶段，作者希望通过使用基准设备的原有喷嘴排列测出清洗剂A的最大DCR，作者决定将清洗液浓度固定在20%OB体育，仅改变清洗温度和走带速度。同时在进行这些测试的时候喷淋臂的排布和喷嘴的数量不变，在清洗工艺以后工程师们移除了所有的元器件以便对元器件底部的洁净度进行评估。实验过程中清洗了三块PCB板，其中两块使用了清洗篮，一块没有使用。实验中使用的ZESTRON
o 处于传送带顶端的两（2）条喷淋臂（红色喷嘴；30psiOB体育，0.26 gal/min）
o 处于传送带底部的两（2）条喷淋臂（红色喷嘴；20psi，0.21 gal/min）
o 处于传送带顶端的三（3）条喷淋臂（绿色喷嘴；30psi，0.7gal/min）
o 传动带底部的三（3）条喷淋臂（黄色喷嘴；34psi，0.48gal/min）
试验1,2和3是使用电子厂目前的清洗条件完成的，目的是为清洗剂A在基准设备上找到最大DCR。在使用该电子厂原有锡膏和原有炉温曲线的前提下对器件进行焊接，并使用基准清洗设备对电路板进行清洗。
为了对元器件底部的洁净度情况进行目检，清洗后拔除了所有元器件并根据IPC-A-610E[2]的相关标准对洁净度进行评估，最后结果用百分比来记录。
o 平均洁净度等级=（完全洁净的元器件数量）/（线路板上所有的元器件数量）
· PCB平均洁净度=被清洗后的多个元器件的百分比+被清洗后的当个元器件的百分比/总元器件数量
由于DCR测试过程中使用了三块PCB板，因此总体洁净度的平均值取决于将三者平均值再取平均数的结果。三次测试的操作参数如表5所列，试验1和试验2的过程中使用了载板篮，而试验3的过程没有使用载板篮。
在整个研究过程中使用不同的颜色对喷嘴进行分类，表6中列举了线psi时不同喷嘴中清洗液的流量，表8中展示了试验1,2,3中不同的喷嘴排布类型。
试验1，2和3中的洁净度检测结果将分别在图9，图10和图11中分别详细展示，对于结果数据的总结会在图12中列出。
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正如图9中可观察到的，该电子制造厂的基准设备和现有的操作参数导致11个元器件中有9个底部仍然存在污染物残留，而BGA和QFP的洁净率仅占60%-80%
如图10所示，将清洗温度增加15华氏度并将清洗接触时间从4分钟到8分钟能够使得底部仍有残留物的元器件数量减少到11个中的6个。而BGA和QFP的洁净率仅为50%至70%。
如图11所示，试验3所使用的参数与试验2一致，虽然没用用载板篮，但是比起试验2的数据10.49%，总体清洗结果几乎没有改变，平均洁净率为11.75%。
如图12所示，使用当前的参数进行清洗，元器件的洁净率等级从10.49%到13.03%，并没有因为增加了清洗温度或是延长了接触时间而有所改变，另外在改变了清洗条件后，有没有载板篮似乎都不会对清洗结果产生什么不同影响。
图13和图14展示了使用minitab对试验1，2，3清洗结果进行测绘的结果
对清洗结果的数据进行测绘后的图像再次确认了改变清洗温度，走带速度和/或载板篮的使用对低引脚间距元器件底部的洁净率影响极其微小。
图14，使用minitab对3次试验过程中基准设备内影响DCR因素互相影响的作用测绘图
对互相影响的因素进行测绘的结果说明为了优化流量、增加元器件底部清洗液的流量且改良清洗效果必须加大机械能，而改变清洗温度、改变走带速度和是否使用载板篮等因素对于元器件底部的洁净率并没有太多影响。
使用基准设备中现有的设置，清洗剂A无法取得理想的清洗效果，即使优化后的SCR使清洗液非常活泼，测试结果仍然说明如果希望优化清洗结果需要提升DCR。因此具备更多清洗臂和喷嘴的加强版1号将用于进行后续的测试。
