电子工艺用清洗剂的现状及发展趋势.doc

电子工艺用清洗剂的现状及发展趋势电子工艺技术electronicsprocesstechnoloqy2010年9月第31电子工艺用清洗剂的现状及发展趋势刘子莲l,吴松平,罗道军(1.华南理工大学,广东广州510641;2.工业和信息化部电子第五研究所(中国赛宝实验室),广东广州510610)摘要:在综合国内外文献资料的基础上,着重介绍了电子工艺的清洗技术和电子工艺用清洗剂的现状及发展趋势.从而了解到电子工艺用清洗剂目前还存在许多不足及我国的水基清洗剂在技术上急需突破的诸多难题.但是,水基清洗剂具有安全环保,清洗范围广,与大多数被清洗物相容性好和价格低等优点,同时基于相关法律政策,它将成为今后发展的趋势.关键词:电子组装;清洗工艺;水基清洗剂中图分类号:tn605文献标识码:a文章编号:10013474(2010)05025803statusandtendencyofdetergentforelectronicprocessliuzi.1ian1.z,wusong.ping,luodao.jun11.southchinauniversityoftechnology,guangzhou510641,china2.chinacepreilabs.guangzhou510610.chinalabstract:0nthebasisofreferentiaireviewonbibliographiesdomesticandabroad.thepresentstatusandtendencyaboutcleaningtechnologiesanddetergentforelectronicprocessarepresented.althoughthedetergentshavesstillmanyissuestobeweliresultedatpresent,butthewaterbaseddetergentwilisurelybetheone0fmostcompetentcandidatesforitsadvantagesorenvironment-friendly,safety,adaptabilities,compatibilities,andiowcostinthefutureforelectronicprocesses.keywords:electronicassembly;cleaningtechnology;water?baseddetergentdocumentcode:aarticleld:1o01.3474(2010)05.0258.03随着电子产品快速地向小型化,高密度以及高可靠性方向的发展,在电子制造工艺过程中引入了越来越多的污染物,如果这些污染物得不到及时清除,必然影响到工艺的顺利实施或产品的质量与可靠性因此,为了确保电子制造工艺的顺利进行,保证所生产制造的产品品质和可靠性,必须在工艺实施的许多环节导人清洗工序和使用清洗剂.如何开发高效,安全与低成本的清洗剂和清洗工艺就成为业界关注的最重要的热门议题.本文将着重介绍电子丁艺的清洗技术和电子工艺用清洗剂的现状及发展趋势.1电子工艺中常见污染物及其对电子产品的影响在电子信息产品加工工艺中,smt(表面贴装技术)印刷模板,波峰炉具,回流炉具,pcba(组装线路板)的清洗每年都要消耗大量的清洗剂,如smt印刷模板是电子产品加工过程中印刷锡膏或各种贴片胶的必要工具,在使用8h或更换品种时必需进行清洗;波峰炉具和回流炉具的炉膛受到锡膏中挥发和分解的助焊剂残留物的污染,需要定期进行作者简介:刘子莲(1977一),女,硕士,工程师,主要从事电子材料的检测分析及可靠性评价.2010年9电子工艺用清洗剂的现状及发展趋势清洗;pcba是所有电子仪器,仪表,计算机,邮电通讯,自动化控制和电子装备中的核心部件,其组装后加电使用的质量和可靠性与pcba的清洁程度有密切的关系.一般pcb在装联焊接过程中,为了确保焊接的可靠性,必须使用活性较高的助焊剂,这些助焊剂残留在pcba上,将腐蚀电路板及元器件,同时降低其表面绝缘电阻,尤其是在高温高湿的环境下,会出现严重的腐蚀和漏电,影响整机的可靠性.随着组装的高密度化,引脚的细间距化,对印制电路板的清洁度提出了越来越高的要求,对清洗工序的要求也越来越高.pcba上的残留物主要是焊锡膏和助焊剂等电子焊接辅助材料的残留物_1,操作过程中沾污的手汗,指印及空中掉落的纤维和灰尘等污染物,这些物质成分复杂,含有树脂,活性剂,触变剂和增稠剂等各种不溶于水的成分,还有阴,阳离子和弱有机酸,可大致分为离子型和非离子型的水溶性污染物,非水溶性污染物,不溶性的固体微粒四类.离子性污垢对印制电路板的破坏力极大,会使电路的信号发生变化,电路板出现电迁移,腐蚀以及涂覆层的附着力下降等问题.这些离子性污垢虽然可以简单地利用水溶解的方法去除,但实际情况中往往这些离子残留物是部分或全部包埋在不溶于水的污垢中;非离子性的水溶性污垢从化学成分上看是能够溶解于水,但在水中不会发生电离的有机化合物,这类污垢残留在印制电路板上,可使印制电路板的润湿特性及组装涂覆层的附着力发生变化,且这类污垢大部分都具有吸潮性,在一定条件下会在板子上形成水膜,使电路板的表面绝缘电阻降低,有时还会有电迁移和腐蚀等现象.可见清洗剂和清洗工艺对电子信息产品的质量与可靠性影响非常之大.2电子工业传统的清洗剂与清洗工艺传统的清洗工艺一般使用含氟里昂(cfc一113)的ods(消耗臭氧层物质)清洗剂,该类清洗剂具有化学稳定性好,毒性小,不燃烧,表面张力小,不损伤被清洗材料以及能保持较强的渗透性和速干性等许多优越性,至今还被广泛应用.但是ods类清洗剂对臭氧层具有极强的破坏力,且ods的gwp(温室效应潜能值)是co的几百甚至几千倍,严重危害人类的生态环境,是国际上限期停止生产和使用的物质.近几年,国内外也开发出一些短期代用品,.如氢氯氟烃(hcfc),全氟烃(pfc)及其它卤代溶剂等.hcfc是氟里昂中的部分卤原子被氢原子取代,使cfc的odp(臭氧消耗潜值)降低,但是它仍然能够破坏臭氧层,2o2o年也要被淘汰,最晚不超过2040年,现在很多用户已经拒绝使用含ods物质的清洗剂了.有些有机溶剂也可以用作ods类清洗剂的代用品,但是清洗性能不如ods类清洗剂好,并且闪点低,易燃和易爆,同时有些还含有vocs(挥发性有机化合物)等毒性物质.长期接触vocs会使眼,鼻和咽喉干燥,全身无力与不适,容易疲劳,经常发生精神性头疼,记忆力减退,皮呋下燥,瘙痒,刺痛和红斑等,有些还会导致癌症市癌和自病)或流产,胎儿畸形和生长发育迟缓等.因此,为了更好地保护员工的身体健康,推进我国节能减排的工作,促进资源节约和环境保护,积极应对全球气候变化,资源消耗低,高效,环境友好,废液处理简单,可循环利用并且能够替代有毒有害溶剂型清洗剂的新型清洗剂的研究开发就成为当务之急.3国内外清洗剂的研究现状及发展趋势国内外的工业清洗剂一般分为j类:溶剂清洗剂,半水基清洗剂和水基清洗剂-41o目前精密清洗行业用的较多清洗剂是溶剂型清洗剂,主要包括卤代烃类(氯代烃,溴代烃和氟代烃),石油类,醇类,醚类,二醇酯类和硅氧烷类等.该类清洗剂技术已是成熟技术,大多具有良好的清洗效果,但是溶剂类清洗剂存在价格高,毒性高,产生温室效应,破坏臭氧层,有些还易燃易爆以及操作不安全等缺点.随着人们生活水平的提高,环保意识不断加强.含ods和vocs等对环境有危害和对身体有损害的清洗剂逐步被禁止生产和使用.根据蒙特利尔公约,发达国家于1996年禁用ods,发展中国家于2010年前全部淘汰使用ods.国内外也有相关法规限制部分溶剂的使用,如美国环保局实施的清洁空气法严格限制操作场所voc的浓度,有些国家和企业限制含卤物质的使用等.因此,工业清洗正逐渐放弃有毒有害的溶剂,改用半水基,水基或无voc或低voc含量的溶剂.目前半水基清洗剂的定义由各生产厂家按其观点确定,并未得到统一.如果根据现状来考虑其定义的话,可以说是需要用水漂洗的使用原液的清洗剂.追溯其历史,最初的产品是美同的at&t和petroferm公司共同开发的清洗剂ec一7.它是电子_丁艺技术elec.t.ronicsprocesstechnoloqv201031从橙子皮中单抽出d一柠檬萜作为溶剂成分,另加以界面活性剂而诞生的产品.半水基清洗剂是在实际应用中为改进溶剂清洗剂的使用性能而研制的清洗剂,主要由有机溶剂(如醇类,萜烯类乙二醇醚和烃类等),活性剂和水(质量分数为5%20%)组成.半水基清洗剂溶解力高,清洗洁净度高,含有的有机溶剂对有机物有较好的清洗能力,表面活性剂则提供润湿,乳化和冲洗功能.漂洗过程有除去离子成分和水溶性污染物的特长,并且降低了原来易燃溶剂的挥发性和可燃性.但是半水基清洗技术有以下缺点:1)工艺流程长,运行成本较高,废水处理量大,纯水漂洗时金属易发生腐蚀和变色;2)有些半水基清洗剂含有挥发性有机化合物,可燃,若加温使用,水含量控制不当,会发生因水分不足而燃烧的危险,或当浓溶液以喷射方式使用时,也有燃烧的危险,必须有相应的保护措施;3)废液处理及溶剂回收较难.以上不足限制了半水基技术的应用,使半水基清洗剂未能广泛使用.水基清洗剂主要成分有表面活性剂,洗涤助剂和缓蚀剂等,是近年来应用较广泛的一种清洗剂.此类清洗剂的相容性好,价格低,操作安全,不燃不爆,清洗及配方自由度大,可针对不同性质污染物调整配方,再配合加热,刷洗,喷淋喷射和超声波清洗等物理清洗手段,对极性及非极性污染物都有较好的清洗效果.目前,国外水基清洗剂的技术已很成熟,如位于13本大阪的荒川化学工业株式会社前野纯一成功开发pinealphast一700br水漂洗用清洁剂,由抑制镍和锌溶解于水的成分和抑制铜的氧化成分复合而成,有效抑制了镍银的变色;还开发了适用于倒装片贴装基板清洗的直通式清洗法l.pinealpha公司还成功研发了适用于清洗线路板,bga和pga上的助焊剂残留物的一系列水基或半水基清洗剂.美国kyzen公司的tomforsythe报道了新一代非ods电子线路板清洗剂,体积分数只有9%的h型aquanoxa4512清洗剂对松香型助焊剂的清洗效果为80%,当其体积分数分别为12%和15%u,对松香型助焊剂的清洗效果为l00%;其余各种类型的清洗剂在体积分数为9%,12%和15%下均能达到100%的清洗效果.水基清洗剂应用复配方技术,既要考虑有机溶剂在水中的溶解度,又要考虑各表面活性剂复配的协同性及整个体系的相容性和化学稳定性,还有关键的清洗力及安全环保性,而对人类和环境安全的测试可能展现出正面或负面的结果,reach法规和ghs(联合国全球化学品统一分类及标记协调制度)可能影响未来表面活性剂的趋势】,因此水基清洗剂不仅要考虑以上技术,还要考虑其刺激性,腐蚀性,生态性和毒理学性.王旭艳j发表的论文指出:采用vigona200水基清洗剂(用去离子水配成体积分数为26%)和全自动喷淋清洗设备可有效清洗印制板组装件表面,loctitecr3763sn37pb和alphaup7863sn37pb两种焊膏与vigona200的水基清洗剂的匹配是可行的,焊后残留物基本上可以清洗干净,可满足国军标要求.郭岩il叫等采用alp11型水基清洗剂对pcb组件的清洗经验表明,组件中除散热片外(清洗剂对散热片表面的黑色涂料(非漆)有溶解作用),alp11清洗液几乎对任何元件都无损伤(包括线圈,继电器和芯片开关等).不仅对焊剂有清洗效果,而且对元件表面的污垢和指纹等都有效果.洗净后的pcb,正反面清洁光亮,清洗成本0.03元/块.刘万里i介绍一种tods水剂清洗技术,其清洗剂主要组份包括脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基醇酸胺等多种表面活性剂和助剂,符合对人无毒,对环境无毒,对臭氧层无损耗,不含磷酸盐及壬基苯酚乙基盐等综合要求.对清洗过的零件,进行常规检验和x射线能谱分析的结果表明,非0ds水基清洗工艺的清洗能力和漂洗性能都相当于或优于原tca清洗工艺.基于水基清洗剂研发中的关键技术,目前我国的水基清洗剂还存在不足,急需技术突破的难题有:1)对许多粘稠蜡质污垢(如松香和胶类)以及工件上的盲孔和缝隙等的憎水性零件清洗效果较差,目前的水基清洗剂清洗pcba后,普遍容易出现板面发白的现象;2)一些水基清洗剂清洗后的残留物难以冲洗掉,尤其是盲孑l和缝隙内的残留物,这些残留物可能对后续工序或应用造成影响;3)低温清洗效果差,去油污速度慢,无法与溶剂型相比;4)金属部件如果干燥不及时易发生腐蚀,如模板,pcba上的焊盘及元器件的引脚部位;5)缺少适于工业清洗用的特殊多效型表面活性剂,性能较好的大都依赖进口,而某些具有多种效果的表面活性剂在中国市场无法买到,故在表面活性剂的复配上还有较大的技术瓶颈;6)清洗废液处理复杂难以回收利用.尽管存在以上缺点及技术难点,但是水基清洗剂具有安全环保,清洗范围广,与大多数被清洗物相容性好和价格低等优点,同时基于相关法律(下转第266页)电子工艺技术electronicsprocesstechnoloqy2010年9月第31卷第5当然,也有一小部分pcb供应商采用中(150)的材料,并取得较好的成效.这一点也正在被广大pcb同行所关注.3.1.3.4实行jit生产前面的工艺试验表明,pcb正常储存条件下随时间推移pcb含水量会逐渐增多.当达到出厂日期2个月后,会因吸湿而产生爆板的风险.因此,这就要求pcb出厂后,应尽快投人使用.对于怀疑吸水率高的板,可以采用一定条件下的烘烤来除湿.具体要根据板材和表面处理的情况而定.建议烘烤温度125,烘烤时间4h.3.2抑制爆板发生的充分条件增加层间结合力采用优质的棕化药水以提高pcb层问结合力;严格控制棕化后至层压的间隔时间以减少材料的吸湿率;棕化后增加烘板工序,可以有效去除树脂挥发物及潮气;pcb厂商应加强对原材料进货质量的监控,确保最后成形的基板材料具有低吸水性,良好的层间粘合性和尺寸的稳定性.3-3再流焊接温度曲线的改善大批量生产验证表明,无铅再流焊接工艺中,在确保达到良好的润湿温度的前提下,再流焊接的峰值温度偏低h235(最高不超过245qc),对抑制爆板有明显的效果.温度越高,爆板风险越大.3.4避免大铜箔面设计埋孑l上方的大铜面挡住了受热后向外逸出水气的通道,增加发生爆板的几率.因此,在不影响设计性能的前提下,避免大铜箔设计,或者在大铜箔面上开窗,给水汽一个排放的通道,对爆板有明显的改善.参考文献:【1】樊融融.现代电子装联无铅焊接技术【m】.北京:电子工业出版社,2008.2史建卫.无铅焊接工艺中常见缺陷及防止措施【jj.电子t艺技术,2008,29(2):116119.【3ipcassociationconnectingelectronicsindustriesipca一600g印制板的验收条件is1,2004.收稿日期:20100621(上接第260页)政策,很多公司倾向于采用水基清洗剂.而水基清洗剂也将向改善清洗效果,洗液可循环利用,改善干燥性能(可降低干燥的能耗),专用性和环境友好的方向发展.4结束语在全世界生产企业对环保和安全日益关注的今天,传统高污染,高毒性和易燃易爆的化学清洗剂必将逐步实现升级换代.以天然环保材料(水)为基础溶剂的水基清洗剂,由于