水基清洗剂在PCBA清洗工艺中的应用

水基清洗剂在PCBA清洗工艺中的应用合明科技主讲人：IPCTGAsia5-31CN技术组主席王琏一、水基清洗及水基清洗剂的概念合明科技概念水基清洗剂是以去离子水作为主溶剂，与表面活性剂、助溶剂、添加剂等组合而成，借助于含有的表面活性剂、乳化剂、渗透剂等的润湿、乳化、渗透、分散、增溶等作用来实现对污染物的清洗的一种清洗媒介，IPC定义中去离子水不小于50%。水基清洗IPC-CH-65B-CN中定义，水基清洗是以纯水或者有机或者无机皂化剂对组件进行第一道清洗，然后以纯水冲洗掉组件上的污水的一项制程。安全需求1.操作人员健康2.工作场所的环境安全3.废液排放组装结构的复杂化和成本控制1.原材料选择范围变窄。2.无铅化技术的导入，工艺难度加大。3.元件的微型化、元件贴装和结构的高密度化环保管控、安全需求成本控制怎么办？合明科技二、水基清洗剂产生的背景日益严格的环保管控《蒙特利尔公约》、ROHS法规、REACH、SS-00259等相关环保法规持续更新，管控的物质越来越多。不断提升的环保安全要求，组装结构的复杂化，清洗要求的提高，及成本的不断增加等等，这些因素都决定了SMT清洗业，无论从清洗设备、工艺技术，还是使用材料的选取都不可避免的遵循一个原则：绿色环保，安全无害，且低成本。高效、高规格、环保安全的水基清洗剂是最理想的选择，也是未来清洗业的发展方向和必经之路。二、水基清洗剂产生的背景电子清洗行业的发展趋势合明科技清洗思路的转变溶剂型清洗剂清洗水基清洗剂清洗三、水基清洗剂机理清洗机理水基清洗剂是借助于含有的表面活性剂、乳化剂、渗透剂等的润湿、乳化、渗透、分散、增溶等作用来实现清洗的。根据清洗方向，可分为中性水基清洗剂和碱性水基清洗剂。下面简单介绍几种创新的且在水清产品中应用比较多的水基清洗技术。合明科技复合相变技术水基乳化清洗技术三、水基清洗剂机理复合相变清洗技术机理图合明科技三、水基清洗剂机理合明科技植球清洗网板清洗印刷机底部擦拭炉膛清洗回流炉清洗焊接夹具清洗组装件清洗通讯航天汽车医疗表面贴装工艺半导体制程倒装芯片清洗误印清洗四、水基清洗剂的应用合明科技随着元件的微型化、元件贴装和结构的高密度化，无铅化技术的导入，日益严格的环境和物质管控，推动了水基清洗剂的迅速发展，目前水基清洗剂应用在SMT制程上的清洗已十分成熟，并体现出相当的优势。应用领域四、水基清洗剂的应用适用水基清洗剂产品中性水基清洗剂清洗对象(见图1、图2）回流焊焊前锡膏残留物、未固化红胶残留、错印板清洗。清洗设备（见图3、图4）超声波钢网清洗机、喷淋式钢网清洗机合明科技钢网喷淋清洗机—网板离线清洗适用水基清洗剂产品中性水基清洗剂清洗对象主要用于清洗SMT印刷机网板和错印板上的焊锡膏残留合明科技—网板在线清洗清洗剂棒擦拭杆擦拭纸图1网板印刷机图2网板印刷机底部结构四、水基清洗剂的应用图3炉膛图1喷壶装图2喷雾灌装图4清洗方式适用水基清洗剂产品碱性水基清洗剂（桶装、喷壶装、气雾剂灌装等，见图1、图2）清洗对象（见图3）回流炉波峰焊炉膛被烘焙的各种助焊剂残留物、松香、油污等比较顽固的残留物质。四、水基清洗剂的应用合明科技—炉膛清洗四、水基清洗剂的应用合明科技适用水基清洗剂产品碱性水基清洗剂清洗对象(见图1、图2、见图3)旋风器、焊接治具、夹具、冷凝管上被烘焙的助焊剂，及松香、油污等。—治具/载具清洗图1焊接治具图3可拆零部件图2链爪图4治具清洗设备清洗设备（图4）治具清洗机、适合工件外表面清洗的喷淋清洗机适用水基清洗剂产品碱性水基清洗剂清洗对象(见图1、图2）SMT/THT的PCBA焊接后表面残留的松香助焊剂、水溶性助焊剂、免清洗性助焊剂/焊膏、手指印、油污、灰尘等污染物清洗设备批量清洗设备(多槽超声波喷淋清洗机,见图3)、连续（在线）清洗设备（见图4）合明科技四、水基清洗剂的应用—PCBA清洗图1PCBA图2PCBA图3全自动化在线式清洗机图4PCBA超声波清洗机五、PCBA清洗详解合明科技生产制造用到的清洗工艺中，对于不同级别要求的产品，采用的助焊剂以及经过的工序的差别，需采用的清洗工艺和设备也有所不同。目前水基清洗剂应用在PCBA清洗工艺中，比较常见的清洗工艺有以下几种：PCBA清洗工艺批量清洗工艺在线式清洗工艺合明科技㈠PCBA在线清洗工艺原理由传送带速度控制的组件连续在输送带上和生产周期时间不间断的清洗方法。适用于大批量PCBA的清洗，通过不同的腔体在线完成水基清洗、水基漂洗、烘干全部工序。五㈠、PCBA在线清洗工艺工艺流程入板漂洗最后喷淋化学预洗化学清洗化学隔离预漂洗风切干燥烘干合明科技在线清洗工艺原理图漂洗开始（设定次数）清洗泵增压清洗液储槽喷嘴喷射清洗开始（设定次数）冲洗PCBA5um过滤器漂洗泵增压（DI水）喷嘴喷射冲洗PCBA过滤排放热风烘干DI水排放DI水添加清洗液闭环使用五㈠、PCBA在线清洗工艺PCBA在线清洗工艺剖面图合明科技预洗涤循环洗涤循环冲洗化学隔离最终冲洗#1干燥段#2红外线干燥段在线PCBA清洗过程的典型阶段五㈠、PCBA在线清洗工艺五㈠、PCBA全自动在线清洗合明科技℉循环清洗排出或者蒸发器DI水2-3gpm洗涤冲洗干燥在线清洗流程合明科技在线式清洗设备设备及工艺特点适合大批量PCBA清洗安全全自动化该清洗机针对SMT/THT的PCBA焊接后表面残留的松香助焊剂、水溶性助焊剂、免清洗性助焊剂/焊膏等有机、无机污染物进行彻底有效的清洗。清洗剂选用时要考虑与元器件、PCB表面、金属镀层、铝镀层、标签、字迹等材料的兼容性，特殊部件能否经受清洗五㈠、PCBA全自动在线清洗全自动化在线式清洗机合明科技㈡批量清洗工艺IPC-CH-65B-CN中定义，批量清洗工艺是按受控生产时间周期的多个部件或者一个部件的不同批分组进行的清洗。五㈡、PCBA批量清洗工艺批量清洗系统的主要优点体现:提供了一个广泛的可调整清洗过程。不仅可以改变清洗和漂洗的次数，且这些次数的比例也可调节；大幅度的降低运营成本，同时拥有严格的过程控制体系低成本、较低的清洗剂的使用量和程序的多功能性，耗能低；它们较小的尺寸、能源的利用率高；合明科技五㈡、PCBA批量清洗工艺简单介绍批量清洗工艺中比较常用的清洗方式：超声波清洗超声波清洗原理超声波清洗是利用超声波能在清洗剂中的空化作用、加速度作用及直进流作用，和清洗剂对污垢的超强溶解性相结合，使污垢层被溶解、分散、乳化，或剥离而达到清洗目的。超声波工作原理图“空化侵蚀效应“在空化现象发生时，微小气泡从产生、生长及迅速破裂的瞬间形成超过1000个大气压的瞬时高压，连续不断的瞬时高压就像一连串的小炸弹不断地轰击清洗物表面，使物体表现、缝隙及盲孔中的附着物污垢迅速剥落.合明科技超声波清洗工艺流程五㈡、PCBA批量清洗工艺干燥槽风切或热风清洗槽清洗剂清洗（一次或多次）漂洗槽去离子水漂洗（一次或多次）下料上料超声波清洗工艺特点一个或多个腔体内完成水基清洗、水基漂洗、烘干全部工序；可用于清洗托高高度低，底部间隙狭小的组装结构；清洗在超声波的有效性最佳温度附近效果最佳化。超声波清洗机PCBA放入清洗篮合明科技鼓泡清洗鼓泡清洗系统中通常使用超声波能量或者浸泡喷射进行搅拌。根据传感器的位置，超声搅拌可以做到对形状很敏感，由此传感器正确的组装位置很重要。批次浸泡清洗设备是将一系列的单独清洗缸或者一系列的清洗模块进行整合。适用于一些批量小或没有高清洁度要求的PCBA清洗。五㈡、PCBA批量清洗工艺合明科技的化学、物理或电气性能降低到不合格水平的表面沉积物、杂质、夹渣以及被吸附物。主要有以下几个方面：六、PCBA清洗效果评估⑴构成PCBA的元器件、PCB的本身污染或氧化等都会带来PCBA板面污染；⑵生产制造过程中助焊剂产生的残留物，也是主要污染物；⑶焊接过程中产生的手印记、链爪和治具印记，及其他类型的污染物，如堵孔胶，高温胶带，手迹和飞尘等；⑷工作场所的尘埃、水及溶剂蒸气、烟雾、微小颗粒有机物，以及静电引起的带电粒子附着于PCBA的污染。合明科技潜在的风险，诸如：残留物中的有机酸可能对PCBA造成腐蚀；残留物中的电离子在通电过程中，因焊点之间的电位差造成电迁移，使产品短路失效；残留物影响涂覆效果；经过时间和环境温度的变化，出现涂层龟裂、翘皮，从而引起可靠性问题。六、PCBA清洗效果评估污染的危害合明科技⑴腐蚀见右图PCBA组装是使用了铁底材底引线脚底元器件，铁底材由于缺乏焊料底覆盖，在卤素离子以及水分的腐蚀下很快产生Fe3+,使板面发红。另外，在潮湿环境下，具有酸性的离子污染物还可以直接腐蚀铜引线、焊点及元器件，导致电路失效。六、PCBA清洗效果评估污染造成PCBA失效的典型问题腐蚀合明科技⑵电迁移如图如果在PCBA表面有离子污染存在，极易发生电迁移现象，出现离子化金属向相反电极间移动，并在反向端还原成原来的金属而出现树枝状现象称为树枝状分布,（树突、枝晶、锡须），枝晶的生长有可能造成电路局部短路。六、PCBA清洗效果评估锡基镀层的引脚上长出的锡晶须造成引脚间的短路合明科技⑶电接触不良见下图在PCBA的组装工艺中，一些树脂比如松香类残留物常常会污染金手指或其他接插件，在PCBA工作发热时或炎热气候下，残留物会产生粘性，易于吸附灰尘或杂质，引起接触电阻增大甚至开路失效。BGA焊点中PCB面焊盘镍层存在腐蚀以及镍层表面富磷层的存在降低了焊点与焊盘的机械结合强度，当受到正常应力作用时发生开裂，造成点接触失效。六、PCBA清洗效果评估BGA焊点开裂造成电接触不良合明科技清洗的必要性六、PCBA清洗效果评估⑴外观和电性能要求PCBA的污染物最直观的影响是PCBA的外观，如果在高温高湿的环境中放置或使用，可能出现残留物吸潮发白现象。由于组件中大量使用无引线芯片、微型BGA、芯片级封装（CSP）和01005等，元件和电路板之间的距离缩小，尺寸微型化，组装密度也越来越大。如果卤化物藏在元件下面清洗不到的地方，局部清洗可能造成因卤化物释放而带来灾难性的后果。⑵三防漆涂覆需要在进行表面涂覆之前，没有清洗掉的树脂残留物会导致保护层分层或出现裂纹；活性剂残留物可能引起涂层下面出现电化学迁移，导致涂层破裂保护失效。研究表明，通过清洗可以增加50%涂覆粘结率。合明科技清洗的必要性六、PCBA清洗效果评估⑶免清洗也需要清洗按照现行标准，免清洗一词的意思是说电路板