專業製造中的 PCB 清潔度：防止污染並確保長期可靠性

在 PCB 製造過程中，電路板幾乎在每個階段都會被各種汙染物弄髒。在焊接製程中，助焊劑（不論是松香型或更新的有機型）可能留下殘渣或離子鹽，附著在焊墊與走線上並帶有黏性。接下來的蝕刻、電鍍與微蝕刻；若沖洗不完全，化學製程會在銅面上殘留金屬離子。鑽孔、成型與分板時也會產生金屬屑、玻璃纖維粉塵與基材碎片等微小顆粒。

這些碎屑可能卡在零件之間、爬進導通孔或卡在間距狹窄的導體間。在無管控的環境中，棉絮與一般灰塵等空氣汙染物只會讓風險更高。人員與機械搬運也會加劇髒汙：指紋帶有油脂與鹽分，廠內機器也可能留下一層吸濕的潤滑劑薄膜。業界研究持續指出，PCB 在整個製程中面臨各種汙染源，即使最微小的殘留也可能成為失效點。

常見汙染類別包括：

• 助焊劑活化劑與鹵素
• 金屬顆粒
• 灰塵、纖維與基材碎屑
• 殘留清洗溶劑
• 殘留濕氣與濕度

殘留物對電氣性能與長期可靠度的影響

身為一位正在製作 PCB 的愛好者，我逐漸了解到殘留物其實會拖慢板子性能。任何飛濺的灰塵或焊錫都可能阻擋氣流並造成熱點。灰塵會形成薄層，成為絕緣體，干擾散熱。助焊劑殘留尤其令人擔心，因為大多數會吸水，吸水後形成導電膜，降低表面絕緣電阻（SIR）。這些薄膜在電偏壓下還會引發電化遷移，金屬離子溶解後重新沉積成樹枝狀結晶，橋接導體。助焊劑或清洗劑的離子殘留、鹽類與胺類也會降低 SIR 並加速腐蝕。簡言之，離子汙染導致溶液導電，提供腐蝕與樹枝狀結晶生長的環境，最終造成板子失效。

電氣與功能後果包括：

• 氧化導致走線與焊點電阻上升
• 漏電流與電氣雜訊
• 樹枝狀結晶造成間歇或永久短路
• 對濕度與電壓應力更敏感

為何不受控的汙染會導致現場失效

在航太與醫療等關鍵電子產品中，即使極微量汙染也可能造成昂貴的現場失效。舉例來說，飛控 PCB 上只要有一個未完全清洗的焊點，在振動下就可能短路。

業界失效分析指出，近三分之一的高可靠度 PCB 失效源自汙染。消費性產品或許能容忍輕微缺陷，但任務關鍵型電子產品不能。因此對專業製造商而言，潔淨度是核心可靠度要求。

現代 PCB 製程中的整合潔淨度管控

專業產線中的自動化清洗步驟

今日的 PCB 廠 在多個環節內建清洗。光阻顯影與 UV 曝光後，通常以鹼性溶液洗去未顯影光阻；電鍍通孔與走線前，裸板也會徹底清洗，確保新銅層正確結合。這些清洗步驟由電腦控制的噴淋自動完成，在每個階段去除光阻、蝕刻殘留、氧化物與油脂。JLCPCB 等製造商明確記錄這些步驟。自動連線清洗機也可能在鑽孔後或組裝前插入，掃除碎屑。關鍵在於專業產線使用受控的機台與化學品（而非手動擦拭）在每道製程後沖洗並乾燥 PCB。

受控製程中的免洗與低殘留助焊劑策略

為減少清洗需求，工廠常使用免洗或低殘留助焊劑。免洗助焊劑設計成留下惰性、不導電的殘留，理論上不需清洗；高活性需求或極高密度 BGA 才保留易用去離子水沖洗的水溶性助焊劑。

然而，即便免洗製程也受嚴格控制：助焊劑種類與溫度曲線匹配，使回流時完全分解；組裝工程師也會最佳化錫膏量與鋼板設計，減少助焊劑過量。航太或醫療製造商仍可能執行最終清洗。如某焊接指南所述，在關鍵組件中，任何殘留助焊劑薄膜都可能吸濕或在熱循環下劣化，因此即便使用免洗助焊劑，某些情況下仍會考慮清洗。x.

線上檢測與離子汙染測試標準

現代廠商不只靠目視與期望，而是將 IPC 與軍規潔淨度標準作為品質關卡。線上 AOI 相機例行掃描板面，尋找可見殘留、缺件或髒污焊墊；電性測試可捕捉導電殘留造成的漏電。離子潔淨度方面，IPC-TM-650 方法或表面絕緣電阻（SIR）量測可量化板面導電度。

典型允收限值依產品等級與應用介於 0.1 至 1.0 µg NaCl 當量/cm²。這些客觀指標確保出貨前汙染維持在安全範圍內。

高可靠度組件的工業級清洗方法

量產中的超音波與水基清洗

大量生產時，工廠常採用工業清洗機。超音波浸泡最為常見：將板子置於清洗液槽，高頻聲波產生空蝕氣泡，刷洗零件底部與間隙，可清除 BGA 底部或隱藏焊點的頑固助焊劑。

板子經多道清洗與沖洗槽輸送，常搭配毛刷或噴嘴，最後以熱風或真空乾燥。航太業界指出，批次水基系統對大量 PCB 高效，無閃點且可過濾循環用水。清洗專家表示，水基法環保且徹底，但需處理廢水。

蒸氣脫脂與精密溶劑應用

若不宜用水或需極精細清洗，可考慮蒸氣脫脂或溶劑製程。蒸氣脫脂使用低表面張力溶劑，加熱成蒸氣後在較冷 PCB 上凝結，溶解油脂與有機物後滴落，板子潔淨乾燥無痕，特別適用於細間距零件，因低黏度蒸氣可深入晶片與連接器底部溶解殘留。現代脫脂機可長時間回收溶劑，大量生產亦高效。

多數製造商以電子級溶劑（異丙醇、專用助焊劑清除劑或低殘留除助焊劑）手工或精密清洗。這些精密產品必須不導電且快速揮發，避免留下殘留。

塗覆保形塗層前的特殊技術

塗覆保形塗層前需二次清洗。電漿清洗以離子化氧氣去除微米級有機物並活化表面，此乾式製程可清除奈米級薄膜，對醫療 PCB 等要求極致潔淨的應用至關重要。

專業製造如何降低後製程清洗需求

從設計階段預防汙染的 DFM 準則

可製造性設計（DFM）對潔淨度至關重要。良好 DFM 讓板子易於清洗與檢查：例如放置測試 coupon 與基準點，使 AOI 無阻礙；零件間距讓清洗噴淋可深入底部；設計可拆式支撐或蓋板，使清洗噴流可到達，並減少非必要通孔焊點。連防焊與絲印也選耐溶劑型。

雖未常寫入標準，這些做法已屬常規。DFM 準則強調清洗液通道並避免死角，可減少返工並獲得更乾淨的板子。

潔淨室組裝與受控環境的優勢

組裝環境本身亦嚴格受控。高可靠度 PCB 在潔淨室組裝，空氣過濾除塵，人員穿戴手套與無塵衣避免皮膚油脂污染板子。工作站具 ESD 防護與離子風扇，中和帶電塵埃；溫濕度保持窄幅——濕度過高易腐蝕，過低則生靜電。元件儲存亦含濕度指示卡，乾燥櫃保持板材與零件乾燥。

長期 PCB/PCBA 可靠度的最佳實踐

專業流程中的預防性搬運與儲存

製造完成後仍需維持潔淨。PCB 與套料通常存放於防靜電防潮袋，內含乾燥劑或乾燥箱，防止濕氣侵入。人員操作時戴指套或手套，避免皮膚油脂沾裸銅。套料區使用無塵墊並持續擦拭。最終板子經 UV 檢測甚至 IR 熱點掃描後才出貨。

元件濕度敏感等級（MSL）亦極重要。最先進廠房會監控捲軸車間壽命，對超過乾燥時間的零件進行烘烤，防止後續焊錫飛濺或封裝龜裂等看似汙染的缺陷。濕式清洗後可用真空乾燥，長期儲存時可塗薄層防鏽膜。

與製造商合作，內建潔淨度保證

對設計者與工程師而言，確保 PCB 潔淨度的最佳方式是與有能力的製造商合作。請向您的板廠或PCBA 服務 詢問其潔淨度管控：是否遵循 IPC Class 3？組裝後清洗製程為何？能否提供 ROSE（離子測試）或 SIR 報告？如 JLCPCB 等一流 EMS 業者在整個組裝流程整合嚴謹、技術驅動的檢測，並常擁有包含潔淨度條件的認證（UL/ISO/IPC）。

常見問題（FAQ）

Q. PCB 汙染如何影響表面絕緣電阻（SIR）？

汙染，尤其是助焊劑或清洗劑的離子殘留，會在 PCB 表面形成導電膜，降低表面絕緣電阻。在濕度與電偏壓下，這些薄膜會產生漏電流與電化遷移。

Q. 目視檢查足以驗證 PCB 潔淨度嗎？

否。許多離子汙染物光學不可見。AOI 可檢測可見殘留或焊點缺陷，但需 ROSE 測試、SIR 測試或離子色譜等定量方法才能準確評估離子潔淨度。

Q. 為何「免洗」組件有時仍會在現場失效？

免洗助焊劑僅在製程條件嚴格受控時才留下低量、不導電殘留。不當回流曲線、過量錫膏或嚴苛操作環境可能使殘留吸濕或劣化，導致漏電或腐蝕。

Q. 汙染對高壓或高阻抗電路有何影響？

在高壓或高阻抗設計中，極小漏電路徑即可扭曲訊號、增加雜訊或引發擊穿。汙染降低沿面與間隙有效性，增加電弧與絕緣失效風險。

汙染會永久殘留在 PCB 內部嗎？

會。若清洗不足，汙染物可能殘留於導通孔、底部端接元件（BTC）下方或內層間。一旦密封，這些殘留將難以或無法移除，導致長期可靠度問題。

Q. 組裝後一定需要清洗嗎？

不一定。許多消費與工業產品採用受控免洗製程，無需組裝後清洗。然而，高可靠度、嚴苛環境或長生命週期產品通常需額外清洗與驗證，以符合嚴格離子潔淨度限制。

Q. 即使電路功能正常，汙染仍會影響熱性能嗎？

會。灰塵層、助焊劑膜或零件底部殘留會成為熱絕緣體。即使電氣功能正常，升溫會加速老化、縮短元件壽命並提高失效率。