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    PCBA清洗剂的选择及不同PCBA清洗方法的比较
    发布时间:2020-09-08        浏览次数:106        返回列表

    PCBA清洗剂的选择

    PCBA清洗离不开面对选择各种不同的清洗剂,选择合适的清洗剂及清洗方式是高效清除PCBA污染物的前提。清洗剂材料主要包括溶剂(水或醇类)、表面活性剂(润湿剂、皂化剂、乳化剂和分散剂)、稳定剂/螯合剂、缓蚀剂、消泡剂和抗氧化剂等。

    PCBA清洗剂要求

    1. 物理及化学性能稳定(不燃、不爆、无毒或低毒),储存和使用期间不发生分解,无化学反应,操作安全,符合人体接触允许的最低限度规定;

    2. 清洗性能优良,适应能力强,既可清洗PCBA,也可清洗印刷模板及治具等,且不留残渣或痕迹;

    3. 表面张力小,润湿性强,可穿透元器件底部狭窄缝隙,提高清洗效率;

    4. 与设备及材料兼容性好,无腐蚀且操作简便;

    5. 不含ODS(消耗臭氧层物质)物质,对大气和环境不具破坏作用,不产生新的有害物质;

    6. 经济性好,清洗过程损耗小,易于回收利用,并具有理想的再循环性。

    PCBA清洗主要为有机溶剂清洗、半水清洗、水清洗和免清洗。

    有机溶剂清洗技术

    有机溶剂清洗剂大多是由小分子的醇类(乙醇、异丙醇和丙酮)、烃类(溶剂油和松节油)、酮类、醚类(乙二醇丁醚)和酯类(乙酸丁酯)溶剂构成,挥发快、溶解能力强,对设备要求简单,无需纯水制备和废水处理。此类清洗剂主要为非燃性氟代烃类(如HFC和HCFC)和氯代烃类(如二氯甲烷、三氯乙烯和四氯乙炔),以及可燃性有机烃类、醇类及酯类。

    有机溶剂清洗工艺流程

    PCBA有机溶剂清洗

    即溶剂加热浸泡预清洗→(冷漂洗)→浸泡+喷淋/超声波精洗→(冷漂洗)→气相漂洗和干燥。

    有机溶剂清洗特点

    主要有机溶剂类清洗剂主要成分及工艺特点
    清洗剂成分工艺特点
    HFC/HCFC类含氢的氟氯烃优点:
    ODS类,蒸发潜热小,挥发性好,可用于蒸汽洗和气相干燥,且大气中容易分解。
    缺点:
    价格昂贵,清洗能力较弱,增加了清洗成本,且因对臭氧层具有破坏作用

     

    氯代烃类二氯甲烷和三氯乙烷等优点:
    ODS类,清洗油脂类污物的能力特别强;
    不燃烧,不爆炸,使用安全;
    清洗工艺流程与ODS类相同;
    可以蒸馏回收,反复使用,比较经济。
    缺点:
    毒性较大,与一般塑料和橡胶相容性差;
    稳定性比较差,一般还需添加稳定剂
    烃类碳氢化合物如汽油和煤油优点:
    对油脂类污物清洗效果好,且具有持久洗净能力;
    表面张力小,对狭窄间隙清洗效果佳;
    对金属无腐蚀;
    可蒸馏回收,反复使用,比较经济;
    毒性较低,对环境污染少;
    清洗与漂洗可用同一种介质,使用方便。
    缺点:
    随碳原子数的增加闪点提高,不易燃,但干燥性差;
    反之安全性不好,需有严格的安全措施。
    醇类乙醇、异丙和甲醇优点:
    对离子类污染物和松香类污染物清洗效果好;
    对油脂类污染物溶解能力弱;
    与金属材料和塑料等相容性好,不产生容胀与腐蚀;
    自然晾干,不必使用热风吹干;
    脱水性好,可用做脱水剂。
    缺点:
    闪点低,易挥发,易燃烧,须对清洗设备和辅助设备采取防爆措施料。

    半水清洗工艺流程

    半水清洗技术半水清洗是使用有机溶剂添加一些表面活性剂进行清洗、添加5%~20%纯水和少量表面活性剂制成乳化剂进行预漂洗、去离子水漂洗/精漂洗(有时也添加一些酸性或碱性物质以增加溶解和改善漂洗性能)的一种清洗技术。

    半水清洗剂主要有萜烯系列(松油类)、碳氢化合物系列(石油类)、乙二醇醚系列及N-甲基吡咯烷西酮系列,一般具有可燃性,但闪点较高,毒性较低,使用比较安全,所以不用在封闭环境下(溶剂清洗要求)进行清洗,且在清洗过程中无需经常更换清洗剂,只须适当补充即可。

    半水基清洗工艺流程

    PCBA半水清洗

    在预洗、精洗和漂洗工序中,精洗往往配合使用超声波清洗以提高清洗效果,减少清洗时间。由于超声波工作时提高清洗剂温度,所以需严格控制清洗温度(一般45~55℃),不得超过清洗剂闪点。图中乳化回收池的目的是防止有机溶剂污染漂洗水,增加水处理工序负荷,同时利用过滤器和油水分离装置把有机溶剂和污垢沉淀分离并回收,减少漂洗工序和废水处理负荷。由于存在与水基清洗相同的干燥难问题,所以需要采用与其类似的多种措施提高烘干速度。

    半水清洗工艺所用清洗剂对松香、树脂型助焊剂和油脂类有较好清洗能力,广泛应用于高质量清洗作业中,除PCBA外还常用于半导体封装、硬盘及半导体零部件清洗。

    半水清洗工艺主要特点

    半水清洗工艺主要特点
    优点缺点
    对水溶性污染物和树脂及油脂类清洗能力强;
    与大多数金属、塑料及橡胶兼容;
    蒸汽压低,挥发损失少,尤其是在乳化方式下使用时;
    废液可从废水中析出,大大减少排放污染物的处理难度。
    干燥和废水处理问题与水清洗工艺相似;
    具有可燃性,当浓溶液以喷射或超声波方式使用时,须有严格的保护措施;
    具有挥发性、或含少量有害气体、或发生自氧化反应,使用需一定防护措施;
    清洗剂中的表面活性剂难以去除图。

    水清洗技术

    水清洗技术是以阻抗大于106Ω的去离子水为介质,添加有机溶剂、润湿剂、皂化剂、乳化剂及分散剂等形成水基清洗剂,去除各类污染物。

    水基清洗剂包括碱性系列、中性系列和乳胶型系列,前两者应用较为普遍。碱性系列主要利用皂化原理使树脂及油脂类物质与碱反应生成可溶于水的脂肪酸盐以去除污染物,清洗力度相对较强,主要清洗PCBA及设备治具等受污零部件。皂化剂多为碱性,可能对铝和锌等金属产生腐蚀,特别是在高温和长时间条件下很容易使腐蚀加剧,在配方中一般还会添加缓蚀剂。碱性皂化剂也易造成焊点钝化,因酸性溶液中Sn/Sn2+的电位差是-0.137eV,而碱性溶液中Sn/Sn2+的电位差是-0.909eV。碱性皂化剂包括有机和无机两大类,有机皂化剂一般由碱性胺组成,VOC排放量较高,且易发生氧化反应降低清洗寿命。无机皂化剂一般通过加入适量碱性盐解决VOC排放问题,但在操作温度下随着浓度的升高盐的溶解度降低产生析出,形成水垢。中性系列的清洗力度较为温和,对清洗物不会带来损伤,但清洗能力较差,主要用于去除未固化锡膏和红胶,清洗刮刀及胶头等。

    水清洗后异常现象及解决方法

    PCBA清洗后的异常现象及解决办法
    现象起因解决办法
    PCBA焊点色暗清洗剂有侵蚀性优化所用清洗剂类型
    调节清洗剂浓度
    工艺温度太高调节清洗温度
    采用缓蚀剂
    PCBA表面有水膜漂洗的水质不好序间采用风刀干燥
    采用去离子水漂洗
    蒸发干燥前去除PCBA表面的水
    元器件损坏元器件未密封或密封性不好用密封性好的元器件
    清洗后,再焊接未密封或密封性不好的元器件
    提供适当的清洗方式
    工艺温度太高优化工艺温度
    元器件绝缘层受损清洗剂与绝缘层材料不匹配采用匹配的绝缘层材料或清洗方式
    清洗温度与绝缘层材料不合适优化清洗及干燥温度

    水清洗工艺流程

    PCBA水洗步骤

    主要包括清洗、预漂洗和漂洗三个工序。首先用体积分数为2%~10%的水基清洗剂配合加热、浸泡、刷洗、喷淋及超声波清洗等方式对PCBA进行批量清洗,接着用纯水或离子水进行2~3次漂洗,最后进行热风干燥。典型的水清洗工艺为:在55℃的温度下用水基清洗剂对PCBA进行批量清洗,并配合强力喷射清洗5min,接着用55℃的去离子水漂洗15min,最后在60℃温度下热风吹干20min。

    水清洗工艺特点

    优点缺点
    不燃烧,低毒性,使用安全且成本低;
    配方组成自由度大,适用多种污染物清洗;
    清洗能力强,因水除溶解作用外,还具备皂化、乳化、置换和分散等共同作用,配合超声波清洗效果更佳。
    表面张力大,对狭小间隙及盲孔清洗比较困难,难适合高密度组装产品;
    清洗时采用加热及超声波方式,会造成金属件腐蚀及重金属脱落而产生污染,且干燥困难;
    水清洗对工艺控制和管理要求严格;
    清洗剂中的表面活性剂难以去除。

    半水清洗和水清洗工艺因为对漂洗水和废水需进行处理,成本很高。清洗用水主要为自来水系统,使用前要经过渗透膜进行提纯,然后通过活性炭、阴离子和阳离子槽进行去离子处理。两种工艺均须配置水净化装置进行软化及去离子,易受当地自然条件的限制。清洗后的废水均需通过处理装备达到排放要求,废弃半水清洗剂由于未加热,化学成分稳定,相对容易处理,而水清洗剂由于加温发生了热变,不易处理。最后,半水清洗和水基清洗为降低成本,可采用双级漂洗及增加预洗工艺来达到相同的清洗质量。

    免清洗技术

    免清洗技术是指采用免清洗焊剂或焊膏工艺,达到以往清洗才能获得的质量要求的一种工艺。一是采用固含量质量分数低于5%(1.5%~3.0%)、不含卤素的非树脂型助焊剂,残渣少或无残渣;二是减小助焊剂使用,在惰性气氛(氮气)中完成焊接,达到免清洗效果。电子产品组装的高密度及小型化要求少量焊剂的使用,为了避免气化,就需使用较多高沸点的树脂或松香;而无铅化要求焊剂具有高活性、耐氧化性、高热稳定性和低挥发性,高活性就增加了腐蚀几率,高热稳定性就减少了空洞,但增加了大分子有机物,影响高频信号传输和可检测性;无卤化要求采用较高含量的弱有机酸以提高活性,这就提高了离子浓度,易形成电解池而威胁可靠性。值得注意的是,无铅化高的焊接温度易导致焊剂与金属氧化物形成更多的锡盐,不易被清除,特别是水溶性焊剂中金属盐未被覆盖失活,需用化学试剂来破坏聚合物以清除此类污染。同时,无铅含银锡膏的使用也增加了银迁移倾向。

    免清洗技术实质上是指通过对PCB及元器件等原材料进行质量保证和工艺控制,以实现低改造成本、低生产运行成本、对环境友好等目标,比较适合自动化程度高、生产规模大、产品可靠性要求不高的企业。采用免清洗工艺应对使用的助焊剂/焊膏进行选择和评价,对生产工艺制程及原材料进行严格控制。选择和评价助焊剂/焊膏是采用免清洗工艺首要解决的工作,低固含量的弱有机酸助焊剂(防氧化较差,应在氮气保护下进行)和中低活性低残留量的松香助焊剂(不适合使用三防涂层处理)都可以满足电子产品的可靠性性能指标的要求。生产工艺制程控制主要体现在工艺参数监控及自动化实施方面,以确保高的前后工序材料统一性、操作规范性、参数一致性,以实现高的直通率。原材料的洁净水平和可焊性、质量标准及稳定性、控制措施及方法的有效性是产品质量的有力保证。


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