電子制程清洗技術(shù)的演變及其發(fā)展趨勢(shì)分析-合明科
前面的文章我們對(duì)電子制程中產(chǎn)生污染物的來(lái)源、分類(lèi)以及危害作了全面的分析，本文將介紹電子制程涉及的清洗技術(shù)的演變及其發(fā)展趨勢(shì)，并將當(dāng)前采用的清洗技術(shù)進(jìn)行了分類(lèi)概括，通過(guò)對(duì)比不同類(lèi)型的電子清洗技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，使得電子清洗技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)明了，得出安全環(huán)保的水基清洗劑是電子清洗的發(fā)展趨勢(shì)。
隨著電子行業(yè)的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品不斷地向小型化、高密度、集成化、高可靠性的方向發(fā)展。在電子制造的過(guò)程中，不可避免的引入了越來(lái)越多的污染物。而污染物殘留的存在導(dǎo)致的電子失效問(wèn)題也變得越來(lái)越多。為了確保電子制造工藝的順利進(jìn)行，保證產(chǎn)品的品質(zhì)和可靠性，必須在工藝實(shí)施的進(jìn)程中導(dǎo)入清洗制程，其清洗工藝及技術(shù)大概經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)階段的發(fā)展。
1. 溶劑清洗技術(shù)
早期應(yīng)用于電子清洗制程的清洗劑，主要為含氟里昂(CFC-1 13)、1，1，1—三氯乙烷、四氯化碳等物質(zhì)的溶劑型清洗劑。該類(lèi)清洗劑具有化學(xué)穩(wěn)定性好、無(wú)閃點(diǎn)、不燃不爆、干燥快、溶解力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而具有廣泛的適用性。但是ODS類(lèi)清洗劑對(duì)臭氧層具有極強(qiáng)的破壞力，且ODS具有很強(qiáng)的GWP(溫室效應(yīng)潛能值)，嚴(yán)重危害人類(lèi)的生態(tài)環(huán)境。因此，1987年制定的《蒙特利爾協(xié)議書(shū)》規(guī)定，發(fā)達(dá)國(guó)家從1996年起不再使用ODS類(lèi)物質(zhì)，而發(fā)展中國(guó)家則允許推遲10年執(zhí)行此規(guī)定。中國(guó)也已從2010年起，全部停止氯氟烴(即CFC)和哈龍兩大類(lèi)主要ODS（消耗臭氧層物質(zhì)）的生產(chǎn)和使用。因此，開(kāi)發(fā)氟氯烴類(lèi)清洗的替代技術(shù)，是當(dāng)前發(fā)展電子工業(yè)亟待解決的問(wèn)題。
傳統(tǒng)電子制程的清洗，用的較多清洗劑仍是溶劑型清洗劑。該類(lèi)清洗劑大多具有良好的清洗效果，但是存在毒性高、產(chǎn)生溫室效應(yīng)、破壞臭氧層、閃點(diǎn)低，易燃易爆等缺點(diǎn)。如HCFC類(lèi)溶劑，溶解力強(qiáng)，清洗效果好，但屬于ODS類(lèi)的不環(huán)保物質(zhì)，到2020年也要逐漸淘汰。鹵代烴類(lèi)溶劑，對(duì)人體毒性大，有致癌作用，很多企業(yè)已經(jīng)禁止使用。而石油類(lèi)、醇類(lèi)、醚類(lèi)和酯類(lèi)等混合型溶劑清洗劑雖然相對(duì)較環(huán)保，在某些清洗領(lǐng)域可以作為ODS類(lèi)溶劑的替代品。但是該類(lèi)溶劑制作的清洗劑清洗力弱，不能達(dá)到類(lèi)似HCFC的清洗效果，且該類(lèi)清洗劑閃點(diǎn)低，易燃易爆，存在較大的安全隱患。
為了更好地保護(hù)員工的身體健康、環(huán)境保護(hù)地球的生態(tài)環(huán)境，電子清洗行業(yè)正逐漸放棄有毒有害及高VOC的溶劑，改用半水基、水基、無(wú)VOC或低VOC含量的清洗劑。
2. 半水基清洗技術(shù)
半水基清洗劑是人們?cè)谇逑垂に嚨膶?shí)踐中，為了保持溶劑清洗優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又能克服其缺點(diǎn)而研制出的新型清洗劑。通常它是向有機(jī)溶劑中加入少量水和表面活性劑形成的。在它的組成中，有機(jī)溶劑仍然是主體，所以它基本上保持了有機(jī)溶劑原有的性能。半水基清洗劑溶解力高，清洗潔凈度高，含有的有機(jī)溶劑對(duì)有機(jī)物有較好的清洗能力，表面活性劑則提供潤(rùn)濕、乳化和沖洗功能。漂洗過(guò)程有除去離子成分和水溶性污染物的特長(zhǎng)，并且降低了原來(lái)易燃溶劑的揮發(fā)性和可燃性，與大多數(shù)金屬和塑料材料相容性好。
雖然半水基清洗劑有很多優(yōu)點(diǎn)，但是使用時(shí)仍遇到了許多問(wèn)題。半水基清洗劑的使用工藝較溶劑清洗劑復(fù)雜，需要增加漂洗和烘干工藝。清洗劑和漂洗液中所含的水分，也可能會(huì)引起金屬材料的生銹腐蝕，且清洗后的廢液不能回收利用，且處理困難、處理量大，使用成本高。同時(shí)清洗劑中仍含有大量的有機(jī)溶劑，仍需考慮有毒溶劑的防護(hù)及防燃防爆問(wèn)題。這些不足，嚴(yán)重限制了半水基技術(shù)的應(yīng)用，使半水基清洗劑未能得到廣泛的推廣應(yīng)用。
3. 水基清洗技術(shù)
1987年制定的《蒙特利爾協(xié)議書(shū)》使得水基清洗劑得到了迅速的發(fā)展，甚至成為取代CFC材料的前沿選擇。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，水基清洗劑已是較為成熟的技術(shù)，是近年來(lái)應(yīng)用較廣泛的一種清洗劑。其主要成分有表面活性劑、乳化劑、滲透劑等，通過(guò)潤(rùn)濕、乳化、滲透、分散、增容等作用實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的清洗。此類(lèi)清洗劑的相容性好，價(jià)格低，操作安全，不燃不爆，清洗及配方自由度大，可針對(duì)不同性質(zhì)污染物調(diào)整配方，再配合加熱、刷洗、噴淋、超聲波清洗等物理清洗手段，對(duì)極性及非極性污染物都有較好的清洗效果。
水基清洗劑一般分為中性水基清洗劑和堿性水基清洗劑。由于中性水基清洗劑的清洗力仍有欠缺，目前市場(chǎng)上仍以堿性水基清洗劑為主。在使用堿性產(chǎn)品時(shí)，要考慮材料的兼容性。且清洗時(shí)一般都需要加熱和超聲、噴淋清洗，干燥時(shí)要使用烘干設(shè)備，電耗較大，其廢水處理也需要統(tǒng)一考慮。水基清洗劑具有的安全環(huán)保、清洗范圍廣、與大多數(shù)被清洗物相容性好和綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)基于相關(guān)法律政策，許多企業(yè)更傾向于采用水基清洗劑。這就要求水基清洗劑向改善清洗效果、改善干燥性能、可循環(huán)利用和環(huán)境友好等方向發(fā)展，以滿(mǎn)足電子行業(yè)日益增長(zhǎng)的需要。
4. 免清洗技術(shù)
由于20世紀(jì)90年代早期的免洗焊劑\錫膏的出現(xiàn)，“免洗”一詞成為當(dāng)時(shí)最熱門(mén)的話(huà)題。按照現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)，免清洗的意思是說(shuō)電路板的殘留物從化學(xué)的角度看是安全的，不會(huì)對(duì)電路板產(chǎn)生任何的影響。通過(guò)檢測(cè)腐蝕、SIR、電遷移等測(cè)試手段，可確定免洗組件的安全可靠性。改用免清洗工藝節(jié)省了清洗設(shè)備、清洗劑等費(fèi)用，但是使用固含量低的免清洗助焊劑或錫膏，仍會(huì)或多或少的留有殘留物。“免洗”違背了電子產(chǎn)品向更細(xì)間距、更高可靠性、更高密度封裝以及低成本的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于自動(dòng)程度較高、生產(chǎn)規(guī)模較大、焊后產(chǎn)品可靠性能指標(biāo)要求不太高的企業(yè)可采用免清洗工藝，而對(duì)于可靠性要求高的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，任何污染物或殘留物都會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品的安全性可靠性產(chǎn)生影響，所以，免清洗并不意味著不需要清洗，清洗制程反而在電子工藝制程中起著越來(lái)越重要的作用。
5. 結(jié)束語(yǔ)
隨著電子行業(yè)對(duì)產(chǎn)品可靠性和安全性的要求越來(lái)越高，其對(duì)清洗工藝的要求也相應(yīng)提高。清洗作為電子產(chǎn)品生產(chǎn)制造中的一個(gè)工序，顯示出了越來(lái)越重要的作用。目前我國(guó)電子行業(yè)對(duì)作為最終產(chǎn)品的PCB線路板清洗尚未形成統(tǒng)一的質(zhì)量清洗規(guī)范，由IPC開(kāi)發(fā)、IPC TG Asia 5-31CN技術(shù)組翻譯的IPC-CN-65B CN《印制板及組件清洗指南》為電子制程的清洗提供了權(quán)威的清洗評(píng)估依據(jù)。
在全世界生產(chǎn)企業(yè)對(duì)環(huán)保和安全日益關(guān)注的今天，傳統(tǒng)高污染、高毒性和易燃易爆的化學(xué)溶劑清洗劑必將退出歷史舞臺(tái)。以天然環(huán)保材料為基礎(chǔ)的水基清洗劑，由于具有低毒環(huán)保、對(duì)人體危害小、不易燃易爆、可以被降解、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，必將成為電子制程清洗的最佳選擇。
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