【原創】電子制程清洗技術的演變及其發展趨勢分析-合明科技

【原創】電子制程清洗技術的演變及其發展趨勢分析-合明科技

前面的文章我們對電子制程中產生污染物的來源、分類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的演變及其發展趨勢，并將當前采用的清洗技術進行了分類概括，通過對比不同類型的電子清洗技術的優缺點，使得電子清洗技術的發展趨勢明了，得出安全環保的水基清洗劑是電子清洗的發展趨勢。

隨著電子行業的迅速發展，電子產品不斷地向小型化、高密度、集成化、高可靠性的方向發展。在電子制造的過程中，不可避免的引入了越來越多的污染物。而污染物殘留的存在導致的電子失效問題也變得越來越多。為了確保電子制造工藝的順利進行，保證產品的品質和可靠性，必須在工藝實施的進程中導入清洗制程，其清洗工藝及技術大概經過以下幾個階段的發展。

1. 溶劑清洗技術

早期應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、四氯化碳等物質的溶劑型清洗劑。該類清洗劑具有化學穩定性好、無閃點、不燃不爆、干燥快、溶解力強等優點而具有廣泛的適用性。但是ODS類清洗劑對臭氧層具有極強的破壞力，且ODS具有很強的GWP(溫室效應潛能值)，嚴重危害人類的生態環境。因此，1987年制定的《蒙特利爾協議書》規定，發達國家從1996年起不再使用ODS類物質，而發展中國家則允許推遲10年執行此規定。中國也已從2010年起，全部停止氯氟烴(即CFC)和哈龍兩大類主要ODS（消耗臭氧層物質）的生產和使用。因此，開發氟氯烴類清洗的替代技術，是當前發展電子工業亟待解決的問題。

傳統電子制程的清洗，用的較多清洗劑仍是溶劑型清洗劑。該類清洗劑大多具有良好的清洗效果，但是存在毒性高、產生溫室效應、破壞臭氧層、閃點低，易燃易爆等缺點。如HCFC類溶劑，溶解力強，清洗效果好，但屬于ODS類的不環保物質，到2020年也要逐漸淘汰。鹵代烴類溶劑，對人體毒性大，有致癌作用，很多企業已經禁止使用。而石油類、醇類、醚類和酯類等混合型溶劑清洗劑雖然相對較環保，在某些清洗領域可以作為ODS類溶劑的替代品。但是該類溶劑制作的清洗劑清洗力弱，不能達到類似HCFC的清洗效果，且該類清洗劑閃點低，易燃易爆，存在較大的安全隱患。

為了更好地保護員工的身體健康、環境保護地球的生態環境，電子清洗行業正逐漸放棄有毒有害及高VOC的溶劑，改用半水基、水基、無VOC或低VOC含量的清洗劑。

2. 半水基清洗技術

半水基清洗劑是人們在清洗工藝的實踐中，為了保持溶劑清洗優點的同時，又能克服其缺點而研制出的新型清洗劑。通常它是向有機溶劑中加入少量水和表面活性劑形成的。在它的組成中，有機溶劑仍然是主體，所以它基本上保持了有機溶劑原有的性能。半水基清洗劑溶解力高，清洗潔凈度高，含有的有機溶劑對有機物有較好的清洗能力，表面活性劑則提供潤濕、乳化和沖洗功能。漂洗過程有除去離子成分和水溶性污染物的特長，并且降低了原來易燃溶劑的揮發性和可燃性，與大多數金屬和塑料材料相容性好。

雖然半水基清洗劑有很多優點，但是使用時仍遇到了許多問題。半水基清洗劑的使用工藝較溶劑清洗劑復雜，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。同時清洗劑中仍含有大量的有機溶劑，仍需考慮有毒溶劑的防護及防燃防爆問題。這些不足，嚴重限制了半水基技術的應用，使半水基清洗劑未能得到廣泛的推廣應用。

3. 水基清洗技術

1987年制定的《蒙特利爾協議書》使得水基清洗劑得到了迅速的發展，甚至成為取代CFC材料的前沿選擇。經過幾十年的發展，水基清洗劑已是較為成熟的技術，是近年來應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，通過潤濕、乳化、滲透、分散、增容等作用實現對污染物的清洗。此類清洗劑的相容性好，價格低，操作安全，不燃不爆，清洗及配方自由度大，可針對不同性質污染物調整配方，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，目前市場上仍以堿性水基清洗劑為主。在使用堿性產品時，要考慮材料的兼容性。且清洗時一般都需要加熱和超聲、噴淋清洗，干燥時要使用烘干設備，電耗較大，其廢水處理也需要統一考慮。水基清洗劑具有的安全環保、清洗范圍廣、與大多數被清洗物相容性好和綜合成本低等優點，同時基于相關法律政策，許多企業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、可循環利用和環境友好等方向發展，以滿足電子行業日益增長的需要。

4. 免清洗技術

由于20世紀90年代早期的免洗焊劑\錫膏的出現，“免洗”一詞成為當時最熱門的話題。按照現行的標準，免清洗的意思是說電路板的殘留物從化學的角度看是安全的，不會對電路板產生任何的影響。通過檢測腐蝕、SIR、電遷移等測試手段，可確定免洗組件的安全可靠性。改用免清洗工藝節省了清洗設備、清洗劑等費用，但是使用固含量低的免清洗助焊劑或錫膏，仍會或多或少的留有殘留物。“免洗”違背了電子產品向更細間距、更高可靠性、更高密度封裝以及低成本的發展趨勢。對于自動程度較高、生產規模較大、焊后產品可靠性能指標要求不太高的企業可采用免清洗工藝，而對于可靠性要求高的產品來說，任何污染物或殘留物都會對電子產品的安全性可靠性產生影響，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越重要的作用。

5. 結束語

隨著電子行業對產品可靠性和安全性的要求越來越高，其對清洗工藝的要求也相應提高。清洗作為電子產品生產制造中的一個工序，顯示出了越來越重要的作用。目前我國電子行業對作為最終產品的PCB線路板清洗尚未形成統一的質量清洗規范，由IPC開發、IPC TG Asia 5-31CN技術組翻譯的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威的清洗評估依據。

在全世界生產企業對環保和安全日益關注的今天，傳統高污染、高毒性和易燃易爆的化學溶劑清洗劑必將退出歷史舞臺。以天然環保材料為基礎的水基清洗劑，由于具有低毒環保、對人體危害小、不易燃易爆、可以被降解、使用壽命長等特點，必將成為電子制程清洗的最佳選擇。

以上一文，僅供參考！

【拓展閱讀--清洗免清洗助焊劑的原因探討】

過去，電路組件在回流焊后幾乎都要進行清洗工藝。但隨著《蒙特利爾協議》的出臺以及禁止采用清潔溶劑去除電路組件中的污染物，業界已有相當長一段時間采用免清洗技術替代原有清洗工藝。

現在，由于小型化和部件底部與電路板表面之間的間隙越來越小，大多數組件上可容許的殘留物量按發展的需要，已經到了不得不清洗的程度。所以我還將介紹新的《IPC J-STD-001增訂本1》標準中關于清潔度測試要求的變化，這是對突然爆發的清洗需求，以及隨之而來的清潔度測試需求的回應。

大部分變化與溶劑萃取物（ROSE）電阻率的測試有關，ROSE是過去30年至40年測試清潔度的主要方法。ROSE測試并沒有消失，只會被更多地使用。過時的是ROSE測試通過與否的限值。ROSE測試儀在上世紀70年代是用來確定是否通過以及是否清潔，而現在是用于監控制程并提供驗證。

現如今，電子產品領域的革新正在發生，消費類產品的使用環境發生了很大變化，在很大程度上可謂是存在于惡劣的環境中。比如數億家庭所使用的智能電表充滿著電子元件，按使用要求只能存在于戶外環境。牙刷、冰箱、內置于足球和網球拍中的加速度計量器等也聚集著電子元件，所有這些產品都會經歷惡劣的環境條件。每當溫度或濕度變化時，殘留物耐受量就會減少。通常情況下，對1級電子產品的可靠性沒有很高的期望值，但當我們將它們置于室外，情況就變了，惡劣環境會導致它們失效。

物聯網的爆發，使得我們將越來越多的電子元器件和組件放置在過去從未出現過的地方，對可靠性的要求顯著增加，更多的電子產品需要去除生產過程中的殘留物。往常如果元器件或組件出現的故障會危及到用戶生命安全，我們才會被要求去除殘留物，這被認為是高可靠性要求。現在，許多消費類產品，甚至有些1級消費品也需要清洗，因為它將為制造商帶來更好的商譽。我們看到業界很多類產品都被要求清洗，而過去，至少是過去30年，這些是不需要的。

特別是離子污染。通常在惡劣環境下，它只要不與濕氣和電流相結合就不會造成麻煩。因為離子殘留物、濕氣和電流三者組合在一起才會產生電化學遷移，對組件造成許多致命的影響。去除這三個因素中的任何一個，就可解決問題。所以如果切斷電源，就不會發生電化學遷移；同樣，防止組件與濕氣接觸，組件上留下的殘留物也不會對可靠性造成影響。然而，實際上在大多數情況下，我們無法阻止濕氣接觸組件，我們當然更不可能為了提高可靠性而關閉電源，所以剩下的就只有去除殘留物一項了。

很多人對清洗的認識還停留在上世紀的80年代末90年代初。人們使用包裝上貼著“免清洗”的焊膏焊接他們的產品，就把“免清洗”當作是一種指令——“不要清洗”。

現在清洗工藝又再次回到行業，但仍然存在錯誤認知或缺乏適當的信息。我們為什么要清洗“免洗”的電路板？其中有很多理由。現在被清洗最多的助焊劑恰恰都是免洗的，我們大多數客戶都在清洗免清洗助焊劑。

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