Water-based cleaning agent
水基清洗劑
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:
延長清洗槽壽命
與焊料以及其他組成材料有更好的兼容性
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
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VOCS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。
合明科技是專業(yè)的
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