電子工藝用清洗劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、電子工藝用清洗劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢電子工藝技術electronicsprocesstechnoloqy2010年9月第31電子工藝用清洗劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢劉子蓮l,吳松平,羅道軍(1.華南理工大學,廣東廣州510641;2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所(中國賽寶實驗室),廣東廣州510610)摘要:在綜合國內(nèi)外文獻資料的基礎上,著重介紹了電子工藝的清洗技術和電子工藝用清洗劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.從而了解到電子工藝用清洗劑目前還存在許多不足及我國的水基清洗劑在技術上急需突破的諸多難題.但是,水基清洗劑具有安全環(huán)保,清洗范圍廣,與大多數(shù)被清洗物相容性好和價格低等優(yōu)點,同時基于相關法律政策,它將成為今后發(fā)

2、展的趨勢.關鍵詞:電子組裝;清洗工藝;水基清洗劑中圖分類號:tn605文獻標識碼:a文章編號:10013474(2010)05025803statusandtendencyofdetergentforelectronicprocessliuzi.1ian1.z,wusong.ping,luodao.jun11.southchinauniversityoftechnology,guangzhou510641,china2.chinacepreilabs.guangzhou510610.chinalabstract:0nthebasisofreferentiaireviewonbibliograp

3、hiesdomesticandabroad.thepresentstatusandtendencyaboutcleaningtechnologiesanddetergentforelectronicprocessarepresented.althoughthedetergentshavesstillmanyissuestobeweliresultedatpresent,butthewaterbaseddetergentwilisurelybetheone0fmostcompetentcandidatesforitsadvantagesorenvironment-friendly,safety,

4、adaptabilities,compatibilities,andiowcostinthefutureforelectronicprocesses.keywords:electronicassembly;cleaningtechnology;water?baseddetergentdocumentcode:aarticleld:1o01.3474(2010)05.0258.03隨著電子產(chǎn)品快速地向小型化,高密度以及高可靠性方向的發(fā)展,在電子制造工藝過程中引入了越來越多的污染物,如果這些污染物得不到及時清除,必然影響到工藝的順利實施或產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性因此,為了確保電子制造工藝的順利進行,保證

5、所生產(chǎn)制造的產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性,必須在工藝實施的許多環(huán)節(jié)導人清洗工序和使用清洗劑.如何開發(fā)高效,安全與低成本的清洗劑和清洗工藝就成為業(yè)界關注的最重要的熱門議題.本文將著重介紹電子丁藝的清洗技術和電子工藝用清洗劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.1電子工藝中常見污染物及其對電子產(chǎn)品的影響在電子信息產(chǎn)品加工工藝中,smt(表面貼裝技術)印刷模板,波峰爐具,回流爐具,pcba(組裝線路板)的清洗每年都要消耗大量的清洗劑,如smt印刷模板是電子產(chǎn)品加工過程中印刷錫膏或各種貼片膠的必要工具,在使用8h或更換品種時必需進行清洗;波峰爐具和回流爐具的爐膛受到錫膏中揮發(fā)和分解的助焊劑殘留物的污染,需要定期進行作者簡介:劉子蓮(

6、1977一),女,碩士,工程師,主要從事電子材料的檢測分析及可靠性評價.2010年9電子工藝用清洗劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢清洗;pcba是所有電子儀器,儀表,計算機,郵電通訊,自動化控制和電子裝備中的核心部件,其組裝后加電使用的質(zhì)量和可靠性與pcba的清潔程度有密切的關系.一般pcb在裝聯(lián)焊接過程中,為了確保焊接的可靠性,必須使用活性較高的助焊劑,這些助焊劑殘留在pcba上,將腐蝕電路板及元器件,同時降低其表面絕緣電阻,尤其是在高溫高濕的環(huán)境下,會出現(xiàn)嚴重的腐蝕和漏電,影響整機的可靠性.隨著組裝的高密度化,引腳的細間距化,對印制電路板的清潔度提出了越來越高的要求,對清洗工序的要求也越來越高.pcba

7、上的殘留物主要是焊錫膏和助焊劑等電子焊接輔助材料的殘留物_1,操作過程中沾污的手汗,指印及空中掉落的纖維和灰塵等污染物,這些物質(zhì)成分復雜,含有樹脂,活性劑,觸變劑和增稠劑等各種不溶于水的成分,還有陰,陽離子和弱有機酸,可大致分為離子型和非離子型的水溶性污染物,非水溶性污染物,不溶性的固體微粒四類.離子性污垢對印制電路板的破壞力極大,會使電路的信號發(fā)生變化,電路板出現(xiàn)電遷移,腐蝕以及涂覆層的附著力下降等問題.這些離子性污垢雖然可以簡單地利用水溶解的方法去除,但實際情況中往往這些離子殘留物是部分或全部包埋在不溶于水的污垢中;非離子性的水溶性污垢從化學成分上看是能夠溶解于水,但在水中不會發(fā)生電離的有

8、機化合物,這類污垢殘留在印制電路板上,可使印制電路板的潤濕特性及組裝涂覆層的附著力發(fā)生變化,且這類污垢大部分都具有吸潮性,在一定條件下會在板子上形成水膜,使電路板的表面絕緣電阻降低,有時還會有電遷移和腐蝕等現(xiàn)象.可見清洗劑和清洗工藝對電子信息產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性影響非常之大.2電子工業(yè)傳統(tǒng)的清洗劑與清洗工藝傳統(tǒng)的清洗工藝一般使用含氟里昂(cfc一113)的ods(消耗臭氧層物質(zhì))清洗劑,該類清洗劑具有化學穩(wěn)定性好,毒性小,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速干性等許多優(yōu)越性,至今還被廣泛應用.但是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)

9、是co的幾百甚至幾千倍,嚴重危害人類的生態(tài)環(huán)境,是國際上限期停止生產(chǎn)和使用的物質(zhì).近幾年,國內(nèi)外也開發(fā)出一些短期代用品,.如氫氯氟烴(hcfc),全氟烴(pfc)及其它鹵代溶劑等.hcfc是氟里昂中的部分鹵原子被氫原子取代,使cfc的odp(臭氧消耗潛值)降低,但是它仍然能夠破壞臭氧層,2o2o年也要被淘汰,最晚不超過2040年,現(xiàn)在很多用戶已經(jīng)拒絕使用含ods物質(zhì)的清洗劑了.有些有機溶劑也可以用作ods類清洗劑的代用品,但是清洗性能不如ods類清洗劑好,并且閃點低,易燃和易爆,同時有些還含有vocs(揮發(fā)性有機化合物)等毒性物質(zhì).長期接觸vocs會使眼,鼻和咽喉干燥,全身無力與不適,容易疲勞

10、,經(jīng)常發(fā)生精神性頭疼,記憶力減退,皮呋下燥,瘙癢,刺痛和紅斑等,有些還會導致癌癥市癌和自病)或流產(chǎn),胎兒畸形和生長發(fā)育遲緩等.因此,為了更好地保護員工的身體健康,推進我國節(jié)能減排的工作,促進資源節(jié)約和環(huán)境保護,積極應對全球氣候變化,資源消耗低,高效,環(huán)境友好,廢液處理簡單,可循環(huán)利用并且能夠替代有毒有害溶劑型清洗劑的新型清洗劑的研究開發(fā)就成為當務之急.3國內(nèi)外清洗劑的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國內(nèi)外的工業(yè)清洗劑一般分為j類:溶劑清洗劑,半水基清洗劑和水基清洗劑-41o目前精密清洗行業(yè)用的較多清洗劑是溶劑型清洗劑,主要包括鹵代烴類(氯代烴,溴代烴和氟代烴),石油類,醇類,醚類,二醇酯類和硅氧烷類等.該類

11、清洗劑技術已是成熟技術,大多具有良好的清洗效果,但是溶劑類清洗劑存在價格高,毒性高,產(chǎn)生溫室效應,破壞臭氧層,有些還易燃易爆以及操作不安全等缺點.隨著人們生活水平的提高,環(huán)保意識不斷加強.含ods和vocs等對環(huán)境有危害和對身體有損害的清洗劑逐步被禁止生產(chǎn)和使用.根據(jù)蒙特利爾公約,發(fā)達國家于1996年禁用ods,發(fā)展中國家于2010年前全部淘汰使用ods.國內(nèi)外也有相關法規(guī)限制部分溶劑的使用,如美國環(huán)保局實施的清潔空氣法嚴格限制操作場所voc的濃度,有些國家和企業(yè)限制含鹵物質(zhì)的使用等.因此,工業(yè)清洗正逐漸放棄有毒有害的溶劑,改用半水基,水基或無voc或低voc含量的溶劑.目前半水基清洗劑的定義

12、由各生產(chǎn)廠家按其觀點確定,并未得到統(tǒng)一.如果根據(jù)現(xiàn)狀來考慮其定義的話,可以說是需要用水漂洗的使用原液的清洗劑.追溯其歷史,最初的產(chǎn)品是美同的at&t和petroferm公司共同開發(fā)的清洗劑ec一7.它是電子_丁藝技術elec.t.ronicsprocesstechnoloqv201031從橙子皮中單抽出d一檸檬萜作為溶劑成分,另加以界面活性劑而誕生的產(chǎn)品.半水基清洗劑是在實際應用中為改進溶劑清洗劑的使用性能而研制的清洗劑,主要由有機溶劑(如醇類,萜烯類乙二醇醚和烴類等),活性劑和水(質(zhì)量分數(shù)為5%20%)組成.半水基清洗劑溶解力高,清洗潔凈度高,含有的有機溶劑對有機物有較好的清洗能力,

13、表面活性劑則提供潤濕,乳化和沖洗功能.漂洗過程有除去離子成分和水溶性污染物的特長,并且降低了原來易燃溶劑的揮發(fā)性和可燃性.但是半水基清洗技術有以下缺點:1)工藝流程長,運行成本較高,廢水處理量大,純水漂洗時金屬易發(fā)生腐蝕和變色;2)有些半水基清洗劑含有揮發(fā)性有機化合物,可燃,若加溫使用,水含量控制不當,會發(fā)生因水分不足而燃燒的危險,或當濃溶液以噴射方式使用時,也有燃燒的危險,必須有相應的保護措施;3)廢液處理及溶劑回收較難.以上不足限制了半水基技術的應用,使半水基清洗劑未能廣泛使用.水基清洗劑主要成分有表面活性劑,洗滌助劑和緩蝕劑等,是近年來應用較廣泛的一種清洗劑.此類清洗劑的相容性好,價格低

14、,操作安全,不燃不爆,清洗及配方自由度大,可針對不同性質(zhì)污染物調(diào)整配方,再配合加熱,刷洗,噴淋噴射和超聲波清洗等物理清洗手段,對極性及非極性污染物都有較好的清洗效果.目前,國外水基清洗劑的技術已很成熟,如位于13本大阪的荒川化學工業(yè)株式會社前野純一成功開發(fā)pinealphast一700br水漂洗用清潔劑,由抑制鎳和鋅溶解于水的成分和抑制銅的氧化成分復合而成,有效抑制了鎳銀的變色;還開發(fā)了適用于倒裝片貼裝基板清洗的直通式清洗法l.pinealpha公司還成功研發(fā)了適用于清洗線路板,bga和pga上的助焊劑殘留物的一系列水基或半水基清洗劑.美國kyzen公司的tomforsythe報道了新一代非o

15、ds電子線路板清洗劑,體積分數(shù)只有9%的h型aquanoxa4512清洗劑對松香型助焊劑的清洗效果為80%,當其體積分數(shù)分別為12%和15%u,對松香型助焊劑的清洗效果為l00%;其余各種類型的清洗劑在體積分數(shù)為9%,12%和15%下均能達到100%的清洗效果.水基清洗劑應用復配方技術,既要考慮有機溶劑在水中的溶解度,又要考慮各表面活性劑復配的協(xié)同性及整個體系的相容性和化學穩(wěn)定性,還有關鍵的清洗力及安全環(huán)保性,而對人類和環(huán)境安全的測試可能展現(xiàn)出正面或負面的結(jié)果,reach法規(guī)和ghs(聯(lián)合國全球化學品統(tǒng)一分類及標記協(xié)調(diào)制度)可能影響未來表面活性劑的趨勢】,因此水基清洗劑不僅要考慮以上技術,還要

16、考慮其刺激性,腐蝕性,生態(tài)性和毒理學性.王旭艷j發(fā)表的論文指出:采用vigona200水基清洗劑(用去離子水配成體積分數(shù)為26%)和全自動噴淋清洗設備可有效清洗印制板組裝件表面,loctitecr3763sn37pb和alphaup7863sn37pb兩種焊膏與vigona200的水基清洗劑的匹配是可行的,焊后殘留物基本上可以清洗干凈,可滿足國軍標要求.郭巖il叫等采用alp11型水基清洗劑對pcb組件的清洗經(jīng)驗表明,組件中除散熱片外(清洗劑對散熱片表面的黑色涂料(非漆)有溶解作用),alp11清洗液幾乎對任何元件都無損傷(包括線圈,繼電器和芯片開關等).不僅對焊劑有清洗效果,而且對元件表面的

17、污垢和指紋等都有效果.洗凈后的pcb,正反面清潔光亮,清洗成本0.03元/塊.劉萬里i介紹一種tods水劑清洗技術,其清洗劑主要組份包括脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基醇酸胺等多種表面活性劑和助劑,符合對人無毒,對環(huán)境無毒,對臭氧層無損耗,不含磷酸鹽及壬基苯酚乙基鹽等綜合要求.對清洗過的零件,進行常規(guī)檢驗和x射線能譜分析的結(jié)果表明,非0ds水基清洗工藝的清洗能力和漂洗性能都相當于或優(yōu)于原tca清洗工藝.基于水基清洗劑研發(fā)中的關鍵技術,目前我國的水基清洗劑還存在不足,急需技術突破的難題有:1)對許多粘稠蠟質(zhì)污垢(如松香和膠類)以及工件上的盲孔和縫隙等的憎水性零件清洗效果較差,目前的水基清洗劑清洗pcba后

18、,普遍容易出現(xiàn)板面發(fā)白的現(xiàn)象;2)一些水基清洗劑清洗后的殘留物難以沖洗掉,尤其是盲孑l和縫隙內(nèi)的殘留物,這些殘留物可能對后續(xù)工序或應用造成影響;3)低溫清洗效果差,去油污速度慢,無法與溶劑型相比;4)金屬部件如果干燥不及時易發(fā)生腐蝕,如模板,pcba上的焊盤及元器件的引腳部位;5)缺少適于工業(yè)清洗用的特殊多效型表面活性劑,性能較好的大都依賴進口,而某些具有多種效果的表面活性劑在中國市場無法買到,故在表面活性劑的復配上還有較大的技術瓶頸;6)清洗廢液處理復雜難以回收利用.盡管存在以上缺點及技術難點,但是水基清洗劑具有安全環(huán)保,清洗范圍廣,與大多數(shù)被清洗物相容性好和價格低等優(yōu)點,同時基于相關法律(

19、下轉(zhuǎn)第266頁)電子工藝技術electronicsprocesstechnoloqy2010年9月第31卷第5當然,也有一小部分pcb供應商采用中(150)的材料,并取得較好的成效.這一點也正在被廣大pcb同行所關注.3.1.3.4實行jit生產(chǎn)前面的工藝試驗表明,pcb正常儲存條件下隨時間推移pcb含水量會逐漸增多.當達到出廠日期2個月后,會因吸濕而產(chǎn)生爆板的風險.因此,這就要求pcb出廠后,應盡快投人使用.對于懷疑吸水率高的板,可以采用一定條件下的烘烤來除濕.具體要根據(jù)板材和表面處理的情況而定.建議烘烤溫度125,烘烤時間4h.3.2抑制爆板發(fā)生的充分條件增加層間結(jié)合力采用優(yōu)質(zhì)的棕化藥水以

20、提高pcb層問結(jié)合力;嚴格控制棕化后至層壓的間隔時間以減少材料的吸濕率;棕化后增加烘板工序,可以有效去除樹脂揮發(fā)物及潮氣;pcb廠商應加強對原材料進貨質(zhì)量的監(jiān)控,確保最后成形的基板材料具有低吸水性,良好的層間粘合性和尺寸的穩(wěn)定性.3-3再流焊接溫度曲線的改善大批量生產(chǎn)驗證表明,無鉛再流焊接工藝中,在確保達到良好的潤濕溫度的前提下,再流焊接的峰值溫度偏低h235(最高不超過245qc),對抑制爆板有明顯的效果.溫度越高,爆板風險越大.3.4避免大銅箔面設計埋孑l上方的大銅面擋住了受熱后向外逸出水氣的通道,增加發(fā)生爆板的幾率.因此,在不影響設計性能的前提下,避免大銅箔設計,或者在大銅箔面上開窗,給

21、水汽一個排放的通道,對爆板有明顯的改善.參考文獻:【1】樊融融.現(xiàn)代電子裝聯(lián)無鉛焊接技術【m】.北京:電子工業(yè)出版社,2008.2史建衛(wèi).無鉛焊接工藝中常見缺陷及防止措施【jj.電子t藝技術,2008,29(2):116119.【3ipcassociationconnectingelectronicsindustriesipca一600g印制板的驗收條件is1,2004.收稿日期:20100621(上接第260頁)政策,很多公司傾向于采用水基清洗劑.而水基清洗劑也將向改善清洗效果,洗液可循環(huán)利用,改善干燥性能(可降低干燥的能耗),專用性和環(huán)境友好的方向發(fā)展.4結(jié)束語在全世界生產(chǎn)企業(yè)對環(huán)保和安全日益關注的今天,傳統(tǒng)高污染,高毒性和易燃易爆的化學清洗劑必將逐步實現(xiàn)升級換代.以天然環(huán)保材料(水)為基礎溶劑的水基清洗劑,由于