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Water-based cleaning agent

水基清洗劑

水基清洗劑的全面介紹

一、 水基清洗劑的概念與背景

  (一)概念:

          水基清洗劑是一種清洗媒介,是以去離子水作為主溶劑,與表面活性劑、助溶劑、添加劑等組合而成,借助于含有的表面活性劑、乳化劑、滲透劑等的潤濕、乳化、滲透、分散、增溶等作用來實現對污染物的清洗。根據IPC-CH-65B CN《印制板及組件清洗指南》中的定位,水基清洗劑中去離子水不少于50%,水基清洗劑是以純水或者有機或者無機皂化劑對組件進行第一道清洗,然后以純水沖洗掉(即漂洗)組件上的污水的一種制程。

  (二)產生背景:

     1.  日益嚴格的環保管控

     1988年9月簽訂了“蒙特利爾協定書”之后,中國從2010年全面停止氯氟烴(即CFC)和Halon兩大類主要ODS(消耗臭氧層物質)的生產和使用。水基清洗劑得到迅速發展,甚至成為取代CFC材料的前沿性選擇。

     2010年,ROHS 2.0版本更新 REACH法規管控物質不斷遞增。 《蒙特利爾公約》、ROHS法規、REACH、SS-00259等相關環保法規持續更新,管控的物質越來越多。

     2.  安全需求

     生產安全需求:傳統的溶劑型清洗劑,存在易燃易爆隱患,即便是使用高閃點的環保清洗,也無法徹底消除。

     職工健康問題:傳統的溶劑型清洗劑是一種揮發性強,有毒的清洗劑,會給現場作業職工造成身體健康隱患。

     廢氣廢液排放問題:廢氣廢液造成的空氣和地表污染不容忽視。

     3.  組裝結構的復雜化和成本控制

     1)    禁用和限用的材料管控日趨嚴厲,造成原材料選擇范圍變窄

     2)    無鉛化技術的導入,工藝難度加大

     3)    元器件逐漸變得微型化、精密化,元器件貼裝和結構呈現高密度化

     4)    電子組裝的可靠性更關注元器件的微型化、更細間距和導線間的電磁引力,和污染有關的工藝過程增大了元器件失效的潛在可能。

     4.  相較于傳統溶劑型清洗劑,水基清洗劑具有以下優點:

     1)    安全無易燃易爆隱患

     2)    環保無毒,廢氣廢液滿足排放管控要求,不破壞環境,沒有污染

     3)    使用壽命長,清洗負載力強

     4)    清洗劑可以降解

     5)    滿足國際環保規范與標準:如ROHS、HF、REACH、SONY00259。


     二、水基清洗技術分析 

      1.  復合相變技術

     依靠不同液體之間的相變,在外力作用下產生強大“抓”力,“抓”去工件上的污物,污物和復合相因子(活性成分)會自然分離,污物被轉移并釋放到水相中,因此活性成分依然保持新鮮活力,從而可以進行循環再清洗


水基清洗技術復合相變


     2.  水基乳化清洗技術

     這種清洗技術在水中以乳液的形式使用完全非可混有機溶劑,溶劑乳液能夠消除松香和其他非極性材料,水基部分能有溶解水溶性殘留物。在這個過程中,所用控制量的有機溶劑與洗滌室的水混合,在洗滌槽里溶劑液滴很好的分散在水中形成“乳狀液”,最后被噴到待清潔的部件上。洗滌循環過程中,已噴射的溶劑/水的混合物流回洗滌槽持續被乳化

     3.水基乳化清洗技術機理圖:

水基乳化清洗技術機理圖


  三、水基清洗劑機理分析

  在消除極性材料方面,水是一種比有機清洗劑更好的液體,但對于大多數非離子材料,如松香、樹脂及在許多助焊劑類型中發現的合成聚合物等,水不是好的清潔介質,因此需要針對性的添加溶劑、催化劑、功能性添加劑等。

  水基清洗劑是借助含有表面活性劑、乳化劑、滲透劑等的潤濕、乳化、滲透、分散、增溶等作用來實現清洗的一種清洗媒介。


     四、水基清洗劑分類介紹 

     水基清洗劑根據清洗方向,可以分為:中性水基清洗劑、堿性水基清洗劑。

     1.中性水基清洗劑:其機制不同于傳統的、在堿性清洗劑中很常見的酸堿反應,它更依靠如鰲合能力和溶解能力完成清洗。中性水基清洗劑配方為敏感材料和貴金屬提供更廣泛的工藝窗口。PH中性配方可改善廢水管理系統。在電子組裝制造工藝中,中性水基清洗劑主要應用于SMT焊前清洗。

     2.堿性水基清洗劑:早期的堿性水基清洗劑,是以皂化劑清潔有效去除RMA和OA臟污而聞名,所以原有的技術被定格為“皂化清潔”。它們表現出非常短的壽命、高PH值和對焊接成品的腐蝕。現在的水基清洗劑做了很大的創新和改進,新材料和清洗技術的創新解決了老皂化清潔的難題,創新趨向于以下幾個關鍵問題:

  1. 延長清洗槽壽命

  2. 與焊料以及其他組成材料有更好的兼容性

  3. 隨焊料和助焊劑技術的不斷革新,表現出良好的性能:免清洗、無鉛、無鹵

  4. 降低使用成本


     五、水基清洗劑主要應用領域概述

     1.背景:從二十世紀五十年代業界就開始使用水基清洗電子/電氣部件和組件。在清洗媒介、工藝技術/條件和應用設備方面的革新優化結合給清洗家族帶來了很多可供選擇的方法,而之前這些清洗過程是采用ODCs或者其他溶劑及“非化學”過程來完成的。現在,應用需要帶來助焊劑技術的革新。由于免清洗焊劑和無鉛焊接使用的助焊劑具有更復雜的成分,通常也會產生更難清洗的焊劑殘留物。市場向潛在用戶提供了許多不同的清洗劑配方的選擇,這些清洗劑對于清除大規模集成電路技術使用的很多焊接材料都是非常有效的。

     2.歷史:1988年9月簽訂了《蒙特利爾協定書》之后,水基清洗劑(有機和無機的)得到迅速發展,甚至成為取代氟氯化碳(CFC)材料的前沿性選擇。用水而不是溶劑來清洗組件為清洗場所、工人安全及環境方面都帶來了優勢。

     自從1988年,不僅水基化學發展了。而且助焊劑和部件的幾何結構都有巨大的改進。今天這些先進的封裝使得清潔領域面臨許多挑戰。水基清洗劑通常的用法,是有效地去除元器件下方的小于10mil的殘留,較好控制去焊劑工藝,經常科技去除小于2mil的殘留。組件是由數以百計的微電子器件組成,器件間的間隙很小。不管是有鉛還是無鉛,助焊劑配方的演變受到幾何形狀的挑戰,要求更加注重清潔過程。現在助焊劑殘留物在提高印刷和焊接工藝的同時,如果殘留下來,它們往往會更加難以清除,并能引起可靠性問題。

     隨著臭氧消耗異常,環境問題和工人安全問題,從來沒有像今天被完全理解或者規管。揮發性有機成分(VOCs)規則,例如在加利福尼亞州和新澤西州就是一個關注的焦點。清洗劑制造商不僅要面臨清洗的挑戰,而且還有與控制廢氣廢水管理相關的環境問題。雖然在過去的幾十年電子行業的清洗需求繼續變得更具挑戰性和復雜性,然而現代清洗技術成功地滿足了工藝清洗需求。清洗劑供應商繼續研究、實驗和開發新的清洗劑設計。我們也看到了在清洗設備的功效方面的重大改進。在這個時間點,對廢物處理和密切循環技術是相當好理解的。自1988年以來,現有的水基清洗劑成功地清楚了廣泛的殘留物。

     3.水基清洗技術:電子組裝水基清洗材料旨在消除一系列助焊劑的技術,包括有機酸、松香、樹脂和來自混合技術電路板結構聚合物。水基工程清洗劑的設計挑戰是制定一個材料矩陣,能夠協同去除離子和非離子型污染物。助焊劑配方根據其具體的設計標準有很大的差異。基于這個原因,各種清洗劑需要被用來更好地“匹配”其中某一種或者其他助焊劑,尤其是那些新的和前沿的助焊劑材料。為了應對這一挑戰,作為通用溶劑的水與不同材料結合來清潔多種類的臟污。第二個挑戰,是水基清洗劑需要與產品硬件相兼容。最后一個挑戰是圍繞各種清洗設備做水清洗劑的設計。為了實現類水基清洗劑最佳,將溶解、活化、潤濕、腐蝕和泡沫控制,如同積木藝術一樣開始熟練組合使用,最終結果產生最具挑戰性的電子組件和先進的封裝的清潔材料。

     4.局限:與任何其他技術一樣,水的清潔有它的局限性和特殊性,選擇清洗方法之前必須了解這一點。對于即將使用這項技術的用戶也必須清楚,沒有通用的清洗方法。但水清洗是能夠解決廣泛的電子組裝和當前的行業需求所要求的的預先包裝清潔要求的部分。

     5.水基清洗劑主要應用清洗領域包括:

1.   去除松香、樹脂和免清洗焊接后的助焊劑殘留;

2.   去除焊接后水溶性有機酸助焊劑;

3.   涂覆、粘結、密封之前的精細清洗

4.   清潔絲網、模板、焊接設備控制板和其他應用工具。


     六、水基清洗劑在電子制造業的應用發展

   (一)電子清洗劑的發展趨勢:

     1.溶劑清洗劑,又名溶劑型清潔劑或溶劑脫脂劑,它的作用機理,是用液體去溶解污染物,使得污染物溶解在液體中。它可以是單一溶劑,或者多種溶劑的組合,又或者溶劑和各種助劑的共同混合物。

溶劑型清洗劑通過溶解污染物達到清潔物件表面的效果,具有清潔力強和速度快,無需漂洗和干燥,減少了工作時間。

     早期傳統的清洗工藝一般使用含氟利昂(CFC-113)的ODS(消耗臭氧層物質)清洗劑,該類清洗劑具有化學穩定性好、毒性大、不燃燒、表面張力小、不損傷被清洗材料以及能保持較強的滲透性和快干等優點。但ODS類清洗劑對臭氧層具有極強的破壞力,且ODS的GWP(溫室效應潛能值)是CO2的幾百甚至幾千倍,嚴重危害人類的生態環境。也是各類國際法規限期生產和使用的物質。

     后期國內外也開發出短期的替代品,如氫氯氟烴、三氯乙烯等鹵代溶劑,這類物質同樣能夠破壞臭氧層,現已有很多用戶拒絕使用ODS類清洗物質。

     近年很多商家用環保類的有機溶劑作為ODS類清洗劑的代用品,但這類物質采用醇醚類酯類作為主要溶劑,具有閃點低、易燃、易爆,同時有些還含有VOCS等毒性物質,不僅存在很大的安全隱患,且對人體職業健康有一定危害。

     溶劑型清洗劑含有的揮發性有機污染物帶來的負面影響越來越成為人類社會關注的重點。廢氣排放、污水排放等給環境造成了沉重的負擔。易燃易爆的特性給生產場所埋下了安全隱患,其中隱含的有毒性添加物則影響職工身體健康,這些都成為使用方不得不關切的,進一步考慮使用其他清洗劑進行更換,以確保生產安全和降低環境污染,以及職工職業健康保障。

     社會、環境與人類的和諧可持續發展是永恒的主題,隨著社會生產力的不斷進步,制造業向高端智能制造邁進,符合產品精密化、高質量、高可靠性要求以及滿足政府與客戶的安全需求、環境環保綠化經濟需求、符合日益嚴格的環保規范管控標準、現場作業人員身體健康、工作場所的環境安全、廢氣廢液排放管控要求,提高生產效率、提升產品質量、降低企業綜合經濟成本。更加環保的清洗劑—水基清洗的應用勢必成為一種的趨勢。

     2.水基清洗劑應用行業:

     所以在有高度清潔要求的行業,諸如工業制造業、自動化智能機械、精密儀器制造業、航天航空、軍工、電子半導體、汽車電子、消費類電子、通訊基站、醫療器械、高鐵軌道等等,高效、高規格、安全環保的水基清洗劑是最理想的選擇。

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