分析方法部分课件

AK 225S在印制电路板清洗中的应用 张剑波北京大学环境学院 1 印刷线路板的清洗对象2 PCB的非ODS清洗工艺3 AK 225的性质及使用4 AK 225S用于PCB清洗的特点 AK 225S在印制电路板清洗中的应用 1 印刷线路板的清洗对象 印制电路板 PCB 在制造过程中不可避免的沾染了周围环境中存在的灰尘 纤维 金属和非金属及其氧化物碎屑等污垢 在焊接过程中还会沾上汗迹 指纹 油污及助焊剂残留物等化学物质 这些污染物按性质不同一般可分为四种类型 离子型水溶性污垢 非离子性水溶性污垢 非水溶性污垢及不溶性污垢 1 1离子性污垢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 电路断路 腐蚀以及涂敷层的附着力下降等问题 清洗方法 用水溶解的方法去除 在清洗中需加入适当的添加剂并辅以加热 机械搅拌等物理手段 1 2非离子型水溶性污垢非离子型水溶性污垢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 使电路板的表面绝缘电阻降低 有时还会有电迁移 腐蚀等现象发生 清洗方法 为更好的去除这类污垢在清洗水中要加入添加剂 并采用提高水温 延长清洗时间 辅之以机械搅拌等措施 1 印刷线路板的清洗对象 1 3非水溶性污垢非水溶性污垢对印制电路板的表面润湿特性 黏结性能 组装涂覆层均有不利的影响 而且对印制电路板上的电联接点耐使用环境影响的可靠性有较大的不利影响 清洗方法 可采用非极性溶剂溶解清洗 1 4不溶性污垢不溶性污垢通常与可溶性污垢混杂在一起 在清洗过程中当可溶性污垢被清除之后 这类污垢通过冲洗等手段即可被清洗掉 清洗方法 通过强力喷射 刷洗 超声波清洗等物理手段去除 1 印刷线路板的清洗对象 2 PCB的非ODS清洗工艺 PCB的传统清洗剂多为CFC 113 该溶剂表面张力和粘度较小 与相同沸点的其他溶剂相比 具有良好的去水和蒸发作用 而且CFC 113最重要的优点是KB值适中 同时对材质的兼容性较好 由于CFC 113性能稳定 适合范围广 易干燥 润湿性好 不腐蚀损伤线路板 清洗效果好 可操作性好 易于回收 曾被我国很多单位广泛使用或现在仍有使用 是电子产品电路板清洗的主要溶剂 然而 作为 蒙特利尔议定书 的缔约国 我国已规定将在2006年全面禁止此类溶剂的使用 因此这种清洗方法将很快被淘汰 2 1可采用的PCB非ODS清洗工艺 1 目前对印制电路板组装件焊接后的非ODS清洗质量的控制有两种工艺方法 免清洗焊接工艺 免洗技术是指通过改进生产设备 加工工艺和产品设计提高元器件的质量 使原清洗对象可以免除清洗直接进入下一道工序 保证元器件的洁净质量与用ODS清洗后的相同 由于所使用的免清洗液态助焊剂不含卤化物活性剂 印制电路板组装件焊后无需清洗即可进入下一工序 2 PCB的非ODS清洗工艺 2 1可采用的PCB非ODS清洗工艺 2 在印制电路板组装件焊接后进行清洗 主要清洗方法包括三种 溶剂清洗 半水清洗及水清洗 水洗技术分高纯水清洗和水中添加表面活性剂清洗两种工艺 半水洗技术是指半水洗过程通过有机溶剂与水形成乳化液清洗污垢 非ODS有机溶剂清洗技术 此工艺采用非ODS溶剂进行清洗 其工艺与原工艺相似 2 PCB的非ODS清洗工艺 理想的ODS替代品清洗剂必须具备以下条件 优良的溶解与清洗能力 无毒 无公害 符合国际公约的要求 不可燃 性能稳定 无腐蚀性 不影响产品品质 易蒸发 无残留物 良好的性能价格比 替代费用可被接受 2 PCB的非ODS清洗工艺 2 2ODS清洗剂替代技术要求 目前 CFC 113的替代溶剂主要有HCFC系列溶剂 氯代烃合成溶剂 烃类溶剂 醇类溶剂 碱性水溶液等 替代CFC 113的氟系清洗剂主要有HCFC 含氢氟氯化碳 HFC 含氢碳氟化物 HFE 氢氟醚 及PFC 全氟化碳 等 其中HFC HFE PFC本身不具有清洗力 需要和其它化合物组合后才能使用 该类清洗剂具有与CFC 113接近的清洗性能 稳定 低毒性 不燃 安全可靠 但是通常价格昂贵 迄今为止 还没有一种替代物在适用范围和清洗效果上 都能和CFC 113相似的 人们正在研究一种对环境无影响 又能完全取代氟立昂的清洗剂 2 PCB的非ODS清洗工艺 2 3现有非ODS清洗剂 3 AK 225的性质及使用 AK225S HCFC 225S 的特点是 使用该溶剂的产品呈干燥性 无易燃危险 性能与CFC相似 和现在的CFC 113清洗设备完全兼容 对臭氧层的破坏系数仅为CFC的十分之一至几十分之一或无破坏性 在性能及物性上 是目前最接近CFC113的溶剂型清洗剂 清洗的效果达到CFC 113的清洗水平 清洗后杂质 离子残留物低于CFC水平 对表面绝缘电阻无不良影响 是CFC 113较为理想的过渡替代物 AsahiGlass公司生产的商业化产品AsahiklinAK 225作为替代品可以很好的解决目前的替代问题 3 1AK 225的基本特性3 2环境的可接受性和毒性研究3 3AK225的需求量和应用3 4AK 225与其它清洗剂的组合应用3 5汽车用PCB的助焊剂的清除 3 AK 225的性质及使用 AsahiGlass公司的AsahiklinAK 225是两种异构体的混合物 已经实现商品化 AK 225与醇和其它溶剂混合成为类似于共沸物的混合物 适用于助焊剂的清除应用 AK 225AES是类似于共沸物的混合物 它是由AK 225 乙醇和稳定剂混合而成 可用于应用多种助焊剂的清除 AK 225T和AK 225ATE是用于解决在AK 225AES清洗后的印制电路板上偶尔形成的白色残余物问题 AK 225T是AK 225 乙醇 烃和稳定剂的混合物 AK 225ATE同样是类似于共沸物的混合物 由AK 225 乙醇 顺式 1 2 二氯乙烯和稳定剂混合而成 3 AK 225的性质及使用 3 1HCFC 225 AK 225 的基本特性 3 1HCFC 225 AK 225 的基本特性 表1AK 225的物理特性 3 AK 225的性质及使用 沸点 表面张力和KB值 贝壳松脂丁醇Kauri Butanol 值是清洗剂的主要特性 AK 225与CFC 113的沸点范围都为40 60 C 因此在室温下很容易处理 不会对温度敏感部件或材料造成影响 很适合清洗塑料和橡胶等 表面张力较低 使得清洗剂能渗透到狭窄的缝隙 30 35的KB值显示其能清洗油 油脂和尘埃等污垢 并且清洗时对塑料和橡胶没有负面影响 具有均衡的溶解能力 此外 气化潜热较小 溶剂气化耗能较少 易于干燥 由于AK 225的特性和CFC 113非常相似 替代过程无需改变清洗设备和清洗程序 3 AK 225的性质及使用 3 1HCFC 225 AK 225 的基本特性 在AK 225各型号中 AK 225AES作为穿孔电路板 表面实装电路板 柔性电路板等印刷电路板的清洗剂发挥着真正的价值 这是因为AK 225AES对各种有机化合物具有优良的溶解性 对金属及塑料材料的影响低 表面张力低 干燥性强的特点 而且 蒸发汽化热低 可避免受结露而引起损坏 而对于特殊助焊剂的清洗 AK 225T可提供较好的效果 同时 AK 225可与其它助焊剂清洗剂配合形成清洗 干燥系统 此外 通过蒸汽清洗和超声波清洗的配合使用 可以得到很好的清洗效果 3 AK 225的性质及使用 3 1HCFC 225 AK 225 的基本特性 3 2环境的可接受性和毒性研究 AK 225的ODP和GWP值是估计其环境的可接受性的重要数值 表2中列出了HCFC 225ca HCFC 225cb和其它卤烃在大气中存留时间 ODP值和GWP值 按存活时间计算 HCFC 225ca和HCFC 225cb的ODP值分别为0 025和0 033 GWP值分别为170和690 HCFC 225s的ODP和GWP值大大低于CFC 113 另外 依据美国清洁空气法 HCFC 225s可受到VOC 挥发性有机化合物 规程的豁免 3 AK 225的性质及使用 表2HCFC 225s环境可接受性研究 3 HCFC 225的性质及使用 3 2环境的可接受性和毒性研究 由替代氟烃毒性试验方案 PAFT 对HCFC 225S进行毒性研究 结果证实HCFC 225ca和HCFC 225cb毒性都不高 艾姆斯式化验和体内不定期的DNA合成等基因试验中 仅在使用人体淋巴细胞菌种的研究中发现HCFC 2252ca能引起基因材料的变化 不过 多项研究的结果在总体上证明无论HCFC 25ca还是HCFC 225cb都没有致癌突变性 董竞武等 2003 对HCFC 225S的28天吸入毒性试验观察结果表明 HCFC 225的急性毒性属于微毒 吸入毒作用的主要靶器官为动物的肺脏和肝脏 其次是肾脏 最小毒作用浓度 LOEC 为37 350mg m3 未观察到毒作用浓度 NOEC 为12 450mg m3 3 AK 225的性质及使用 3 2环境的可接受性和毒性研究 AsahiGlass的AK 225在1991年推向市场 1992年需求量骤涨 目前产量的60 应用于日本 10 和5 在美国和中国 其余部分销往亚洲其它国家 3 AK 225的性质及使用 3 3HCFC 225的需求量和应用 图1AK 225产品细分 图1是依据混合物的种类细分AK 225的应用 3 HCFC 225的性质及使用 3 3HCFC 225的需求量和应用 如图1所示 其中80 用的是纯AK 225 其余大部分是AK 225AES 用于清除助焊剂的混合物 AK 225是精密零件清洗剂 用于清洗金属 塑料或两者混成的零件 最近还有把AK 225用于漂洗和干燥和用它替代CFC 113和1 1 1 三氯乙烷清洗零件 另外的应用方面是载体溶剂和化学反应溶剂 AK 225AES AK 225AE和A 225T还可用于消除PCB 陶瓷基底制的混合电路以及电机的转子上的助焊剂 在日本 把AK 225与其它溶剂 起使用的新应用越来越多 一个典型的应用是 用烃清洗零件 再用AK 225蒸汽漂洗 除掉粘附在表面上的烃 另外 还有用水洗或半水洗清洗剂清洗零件 然后用水漂洗 漂洗后 用醇除掉附在表面的水 然后再用AK 225除掉醇 这些应用中 首先用非AK 225清洗剂 并不是用AK 225取代CFC 113 随后 用AK 225进行漂洗和干燥剂 解决干燥和 或水斑问题 3 AK 225的性质及使用 3 4AK 225与其它清洗剂组合应用 图2IPA含量和沸点之间的关系 3 AK 225的性质及使用 3 4AK 225与其它清洗剂组合应用 上述应用中 可以用混合物的比重或沸点来监测烃或醇的含量 图2表示的是异丙醇的含量与沸点的关系 如果醇在混合物中变浓 重量达到20 以上 混合物就具可燃性了 AK 225与其它清洗剂混合使用的优点 一般是在AK 225的溶解能力不足以满足清洗应用的要求时才采用混合清洗 这类情况下是用其它清洗剂进行清洗 而用AK 225进行漂洗和干燥 与仅用其它清洗剂相比 混合清洗的清洗和干燥时间都可缩短 3 AK 225的性质及使用 3 4AK 225与其它清洗剂组合应用 汽车用的PCB要求高可靠性和耐用性 为此 很多PCB都涂覆有树脂涂层 PCB的制造过程包括焊接电子元器件 清洗和涂覆 由于PCB的产量巨大 PCB的清洗要在短时间内完成 可使用某些清洗设备和AK 225AES清洗剂完成清洗 把PCB浸入45 50 的热溶剂中 然后用冷溶剂漂洗 再在溶剂蒸汽中干燥 整个程序1min内结束 3 HCFC 225的性质及使用 3 5汽车用PCB的助焊剂的清除 4 AK 225S用于PCB清洗的特点 各种印制电路板的非ODS清洗技术的优缺点 免清洗工艺过程中不仅省去了PCB组装件的焊后清洗工艺 也避免了使用ODS清洗剂对大气臭氧层的破坏 然而 免清洗技术也存在一定的缺点 表面有白斑 外观不良 操作条件不易控制 因有一层助焊剂 探针测试不易进行 焊锡性差 易产生锡球 表面绝缘电阻高 各种印制电路板的非ODS清洗技术的优缺点 水基清洗工艺不会对焊接工艺提出特别的要求 所以不必改变原有的焊接工艺 安全性好 水基清洗多为低毒性的 一般不会危及工人的健康 也不会发生起火 爆炸等危险 且水基清洗剂的配方可以灵活多样 适应性广 但由于水的表面张力大 需要表面活性剂来提高对缝隙的清洗能力 而这些添加剂在漂洗时不易被去除 增加了漂洗的难度 而且往往需要使用价格昂贵的纯水或DI水 干燥困难 对资源的消耗比较大 设备占用的场地和空间较大 设备的一次性投资较大 也不适合缺水和能源匮乏的地区 4 AK 225S用于PCB清洗的特点 各种印制电路板的非ODS清洗技术的优缺点 半水基清洗工艺对各种焊接工艺的适应性强 不必改变原有的焊接工艺 清洗能力较强 能同时去除水溶性污垢和油污 与大多数金属和塑料材料相容性好 与溶剂清洗剂相比不易挥发 使用过程中蒸发损失小 但也存在需要纯水漂洗 干燥难 废水处理量大 设备占用空间大 一次性