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(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的清洗。根據(jù)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(jī)或者無機(jī)皂化劑對(duì)組件進(jìn)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(chǎn)生背景：

     1.  日益嚴(yán)格的環(huán)保管控

     1988年9月簽訂了“蒙特利爾協(xié)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(zhì)）的生產(chǎn)和使用。水基清洗劑得到迅速發(fā)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(guī)管控物質(zhì)不斷遞增。 《蒙特利爾公約》、ROHS法規(guī)、REACH、SS-00259等相關(guān)環(huán)保法規(guī)持續(xù)更新，管控的物質(zhì)越來越多。

     2.  安全需求

     生產(chǎn)安全需求：傳統(tǒng)的溶劑型清洗劑，存在易燃易爆隱患，即便是使用高閃點(diǎn)的環(huán)保清洗，也無法徹底消除。

     職工健康問題：傳統(tǒng)的溶劑型清洗劑是一種揮發(fā)性強(qiáng)，有毒的清洗劑，會(huì)給現(xiàn)場作業(yè)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(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和成本控制

     1)    禁用和限用的材料管控日趨嚴(yán)厲，造成原材料選擇范圍變窄

     2)    無鉛化技術(shù)的導(dǎo)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(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高密度化

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

     4.  相較于傳統(tǒng)溶劑型清洗劑，水基清洗劑具有以下優(yōu)點(diǎn)：

     1)    安全無易燃易爆隱患

     2)    環(huán)保無毒，廢氣廢液滿足排放管控要求，不破壞環(huán)境，沒有污染

     3)    使用壽命長，清洗負(fù)載力強(qiáng)

     4)    清洗劑可以降解

     5)    滿足國際環(huán)保規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)：如ROHS、HF、REACH、SONY00259。

     二、水基清洗技術(shù)分析 

      1.  復(fù)合相變技術(shù)

     依靠不同液體之間的相變，在外力作用下產(chǎn)生強(qiáng)大“抓”力，“抓”去工件上的污物，污物和復(fù)合相因子（活性成分）會(huì)自然分離，污物被轉(zhuǎn)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(jìn)行循環(huán)再清洗

     2.  水基乳化清洗技術(shù)

     這種清洗技術(shù)在水中以乳液的形式使用完全非可混有機(jī)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(gè)過程中，所用控制量的有機(jī)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(huán)過程中，已噴射的溶劑/水的混合物流回洗滌槽持續(xù)被乳化

     3.水基乳化清洗技術(shù)機(jī)理圖：

　　三、水基清洗劑機(jī)理分析

　　在消除極性材料方面，水是一種比有機(jī)清洗劑更好的液體，但對(duì)于大多數(shù)非離子材料，如松香、樹脂及在許多助焊劑類型中發(fā)現(xiàn)的合成聚合物等，水不是好的清潔介質(zhì)，因此需要針對(duì)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(shí)現(xiàn)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(jù)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(jī)制不同于傳統(tǒng)的、在堿性清洗劑中很常見的酸堿反應(yīng)，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(tǒng)。在電子組裝制造工藝中，中性水基清洗劑主要應(yīng)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(shù)被定格為“皂化清潔”。它們表現(xiàn)出非常短的壽命、高PH值和對(duì)焊接成品的腐蝕?，F(xiàn)在的水基清洗劑做了很大的創(chuàng)新和改進(jìn)，新材料和清洗技術(shù)的創(chuàng)新解決了老皂化清潔的難題，創(chuàng)新趨向于以下幾個(gè)關(guān)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(shù)的不斷革新，表現(xiàn)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(yīng)用領(lǐng)域概述

     1.背景：從二十世紀(jì)五十年代業(yè)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(shù)/條件和應(yīng)用設(shè)備方面的革新優(yōu)化結(jié)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(xué)”過程來完成的?，F(xiàn)在，應(yīng)用需要帶來助焊劑技術(shù)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(fù)雜的成分，通常也會(huì)產(chǎn)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(duì)于清除大規(guī)模集成電路技術(shù)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(xié)定書》之后，水基清洗劑（有機(jī)和無機(jī)的）得到迅速發(fā)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(huán)境方面都帶來了優(yōu)勢。

     自從1988年，不僅水基化學(xué)發(fā)展了。而且助焊劑和部件的幾何結(jié)構(gòu)都有巨大的改進(jìn)。今天這些先進(jìn)的封裝使得清潔領(lǐng)域面臨許多挑戰(zhàn)。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(jīng)?？萍既コ∮?mil的殘留。組件是由數(shù)以百計(jì)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(zhàn)，要求更加注重清潔過程?，F(xiàn)在助焊劑殘留物在提高印刷和焊接工藝的同時(shí)，如果殘留下來，它們往往會(huì)更加難以清除，并能引起可靠性問題。

     隨著臭氧消耗異常，環(huán)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(guī)管。揮發(fā)性有機(jī)成分（VOCs）規(guī)則，例如在加利福尼亞州和新澤西州就是一個(gè)關(guān)注的焦點(diǎn)。清洗劑制造商不僅要面臨清洗的挑戰(zhàn)，而且還有與控制廢氣廢水管理相關(guān)的環(huán)境問題。雖然在過去的幾十年電子行業(yè)的清洗需求繼續(xù)變得更具挑戰(zhàn)性和復(fù)雜性，然而現(xiàn)代清洗技術(shù)成功地滿足了工藝清洗需求。清洗劑供應(yīng)商繼續(xù)研究、實(shí)驗(yàn)和開發(fā)新的清洗劑設(shè)計(jì)。我們也看到了在清洗設(shè)備的功效方面的重大改進(jìn)。在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，對(duì)廢物處理和密切循環(huán)技術(shù)是相當(dāng)好理解的。自1988年以來，現(xiàn)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(shù)：電子組裝水基清洗材料旨在消除一系列助焊劑的技術(shù)，包括有機(jī)酸、松香、樹脂和來自混合技術(shù)電路板結(jié)構(gòu)聚合物。水基工程清洗劑的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是制定一個(gè)材料矩陣，能夠協(xié)同去除離子和非離子型污染物。助焊劑配方根據(jù)其具體的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有很大的差異?；谶@個(gè)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(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，作為通用溶劑的水與不同材料結(jié)合來清潔多種類的臟污。第二個(gè)挑戰(zhàn)，是水基清洗劑需要與產(chǎn)品硬件相兼容。最后一個(gè)挑戰(zhàn)是圍繞各種清洗設(shè)備做水清洗劑的設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)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(shù)一樣開始熟練組合使用，最終結(jié)果產(chǎn)生最具挑戰(zhàn)性的電子組件和先進(jìn)的封裝的清潔材料。

     4.局限：與任何其他技術(shù)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(diǎn)。對(duì)于即將使用這項(xiàng)技術(shù)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(dāng)前的行業(yè)需求所要求的的預(yù)先包裝清潔要求的部分。

     5.水基清洗劑主要應(yīng)用清洗領(lǐng)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(jī)酸助焊劑；

3.   涂覆、粘結(jié)、密封之前的精細(xì)清洗

4.   清潔絲網(wǎng)、模板、焊接設(shè)備控制板和其他應(yīng)用工具。

     六、水基清洗劑在電子制造業(yè)的應(yīng)用發(fā)展

   （一）電子清洗劑的發(fā)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(jī)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(dá)到清潔物件表面的效果，具有清潔力強(qiáng)和速度快，無需漂洗和干燥，減少了工作時(shí)間。

     早期傳統(tǒng)的清洗工藝一般使用含氟利昂（CFC-113）的ODS（消耗臭氧層物質(zhì)）清洗劑，該類清洗劑具有化學(xué)穩(wěn)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(qiáng)的滲透性和快干等優(yōu)點(diǎn)。但ODS類清洗劑對(duì)臭氧層具有極強(qiáng)的破壞力，且ODS的GWP（溫室效應(yīng)潛能值）是CO₂的幾百甚至幾千倍，嚴(yán)重危害人類的生態(tài)環(huán)境。也是各類國際法規(guī)限期生產(chǎn)和使用的物質(zhì)。

     后期國內(nèi)外也開發(fā)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(zhì)同樣能夠破壞臭氧層，現(xiàn)已有很多用戶拒絕使用ODS類清洗物質(zhì)。

     近年很多商家用環(huán)保類的有機(jī)溶劑作為ODS類清洗劑的代用品，但這類物質(zhì)采用醇醚類酯類作為主要溶劑，具有閃點(diǎn)低、易燃、易爆，同時(shí)有些還含有VOC_S等毒性物質(zhì)，不僅存在很大的安全隱患，且對(duì)人體職業(yè)健康有一定危害。

     溶劑型清洗劑含有的揮發(fā)性有機(jī)污染物帶來的負(fù)面影響越來越成為人類社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)。廢氣排放、污水排放等給環(huán)境造成了沉重的負(fù)擔(dān)。易燃易爆的特性給生產(chǎn)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(guān)切的，進(jìn)一步考慮使用其他清洗劑進(jìn)行更換，以確保生產(chǎn)安全和降低環(huán)境污染，以及職工職業(yè)健康保障。

     社會(huì)、環(huán)境與人類的和諧可持續(xù)發(fā)展是永恒的主題，隨著社會(huì)生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步，制造業(yè)向高端智能制造邁進(jìn)，符合產(chǎn)品精密化、高質(zhì)量、高可靠性要求以及滿足政府與客戶的安全需求、環(huán)境環(huán)保綠化經(jīng)濟(jì)需求、符合日益嚴(yán)格的環(huán)保規(guī)范管控標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)場作業(yè)人員身體健康、工作場所的環(huán)境安全、廢氣廢液排放管控要求，提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)成本。更加環(huán)保的清洗劑—水基清洗的應(yīng)用勢必成為一種的趨勢。

     2.水基清洗劑應(yīng)用行業(yè)：

     所以在有高度清潔要求的行業(yè)，諸如工業(yè)制造業(yè)、自動(dòng)化智能機(jī)械、精密儀器制造業(yè)、航天航空、軍工、電子半導(dǎo)體、汽車電子、消費(fèi)類電子、通訊基站、醫(yī)療器械、高鐵軌道等等，高效、高規(guī)格、安全環(huán)保的水基清洗劑是最理想的選擇。

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