水基清洗剂的全面介绍

一、 水基清洗剂的概念与背景

  （一）概念：

          水基清洗剂是一种清洗媒介，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。根据IPC-CH-65B CN《印制板及组件清洗指南》中的定位，水基清洗剂中去离子水不少于50%，水基清洗剂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（即漂洗）组件上的污水的一种制程。

  （二）产生背景：

     1.  日益严格的环保管控

     1988年9月签订了“蒙特利尔协定书”之后，中国从2010年全面停止氯氟烃（即CFC）和Halon两大类主要ODS（消耗臭氧层物质）的生产和使用。水基清洗剂得到迅速发展，甚至成为取代CFC材料的前沿性选择。

     2010年，ROHS 2.0版本更新 REACH法规管控物质不断递增。 《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。

     2.  安全需求

     生产安全需求：传统的溶剂型清洗剂，存在易燃易爆隐患，即便是使用高闪点的环保清洗，也无法彻底消除。

     职工健康问题：传统的溶剂型清洗剂是一种挥发性强，有毒的清洗剂，会给现场作业职工造成身体健康隐患。

     废气废液排放问题：废气废液造成的空气和地表污染不容忽视。

     3.  组装结构的复杂化和成本控制

     1)    禁用和限用的材料管控日趋严厉，造成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)    元器件逐渐变得微型化、精密化，元器件贴装和结构呈现高密度化

     4)    电子组装的可靠性更关注元器件的微型化、更细间距和导线间的电磁引力，和污染有关的工艺过程增大了元器件失效的潜在可能。

     4.  相较于传统溶剂型清洗剂，水基清洗剂具有以下优点：

     1)    安全无易燃易爆隐患

     2)    环保无毒，废气废液满足排放管控要求，不破坏环境，没有污染

     3)    使用寿命长，清洗负载力强

     4)    清洗剂可以降解

     5)    满足国际环保规范与标准：如ROHS、HF、REACH、SONY00259。

     二、水基清洗技术分析 

      1.  复合相变技术

     依靠不同液体之间的相变，在外力作用下产生强大“抓”力，“抓”去工件上的污物，污物和复合相因子（活性成分）会自然分离，污物被转移并释放到水相中，因此活性成分依然保持新鲜活力，从而可以进行循环再清洗

     2.  水基乳化清洗技术

     这种清洗技术在水中以乳液的形式使用完全非可混有机溶剂，溶剂乳液能够消除松香和其他非极性材料，水基部分能有溶解水溶性残留物。在这个过程中，所用控制量的有机溶剂与洗涤室的水混合，在洗涤槽里溶剂液滴很好的分散在水中形成“乳状液”，最后被喷到待清洁的部件上。洗涤循环过程中，已喷射的溶剂/水的混合物流回洗涤槽持续被乳化

     3.水基乳化清洗技术机理图：

　　三、水基清洗剂机理分析

　　在消除极性材料方面，水是一种比有机清洗剂更好的液体，但对于大多数非离子材料，如松香、树脂及在许多助焊剂类型中发现的合成聚合物等，水不是好的清洁介质，因此需要针对性的添加溶剂、催化剂、功能性添加剂等。

　　水基清洗剂是借助含有表面活性剂、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一种清洗媒介。

     四、水基清洗剂分类介绍 

     水基清洗剂根据清洗方向，可以分为：中性水基清洗剂、碱性水基清洗剂。

     1.中性水基清洗剂：其机制不同于传统的、在碱性清洗剂中很常见的酸碱反应，它更依靠如鳌合能力和溶解能力完成清洗。中性水基清洗剂配方为敏感材料和贵金属提供更广泛的工艺窗口。PH中性配方可改善废水管理系统。在电子组装制造工艺中，中性水基清洗剂主要应用于SMT焊前清洗。

     2.碱性水基清洗剂：早期的碱性水基清洗剂，是以皂化剂清洁有效去除RMA和OA脏污而闻名，所以原有的技术被定格为“皂化清洁”。它们表现出非常短的寿命、高PH值和对焊接成品的腐蚀。现在的水基清洗剂做了很大的创新和改进，新材料和清洗技术的创新解决了老皂化清洁的难题，创新趋向于以下几个关键问题：

1. 延长清洗槽寿命

2. 与焊料以及其他组成材料有更好的兼容性

3. 随焊料和助焊剂技术的不断革新，表现出良好的性能：免清洗、无铅、无卤

4. 降低使用成本

     五、水基清洗剂主要应用领域概述

     1.背景：从二十世纪五十年代业界就开始使用水基清洗电子/电气部件和组件。在清洗媒介、工艺技术/条件和应用设备方面的革新优化结合给清洗家族带来了很多可供选择的方法，而之前这些清洗过程是采用ODCs或者其他溶剂及“非化学”过程来完成的。现在，应用需要带来助焊剂技术的革新。由于免清洗焊剂和无铅焊接使用的助焊剂具有更复杂的成分，通常也会产生更难清洗的焊剂残留物。市场向潜在用户提供了许多不同的清洗剂配方的选择，这些清洗剂对于清除大规模集成电路技术使用的很多焊接材料都是非常有效的。

     2.历史：1988年9月签订了《蒙特利尔协定书》之后，水基清洗剂（有机和无机的）得到迅速发展，甚至成为取代氟氯化碳（CFC）材料的前沿性选择。用水而不是溶剂来清洗组件为清洗场所、工人安全及环境方面都带来了优势。

     自从1988年，不仅水基化学发展了。而且助焊剂和部件的几何结构都有巨大的改进。今天这些先进的封装使得清洁领域面临许多挑战。水基清洗剂通常的用法，是有效地去除元器件下方的小于10mil的残留，较好控制去焊剂工艺，经常科技去除小于2mil的残留。组件是由数以百计的微电子器件组成，器件间的间隙很小。不管是有铅还是无铅，助焊剂配方的演变受到几何形状的挑战，要求更加注重清洁过程。现在助焊剂残留物在提高印刷和焊接工艺的同时，如果残留下来，它们往往会更加难以清除，并能引起可靠性问题。

     随着臭氧消耗异常，环境问题和工人安全问题，从来没有像今天被完全理解或者规管。挥发性有机成分（VOCs）规则，例如在加利福尼亚州和新泽西州就是一个关注的焦点。清洗剂制造商不仅要面临清洗的挑战，而且还有与控制废气废水管理相关的环境问题。虽然在过去的几十年电子行业的清洗需求继续变得更具挑战性和复杂性，然而现代清洗技术成功地满足了工艺清洗需求。清洗剂供应商继续研究、实验和开发新的清洗剂设计。我们也看到了在清洗设备的功效方面的重大改进。在这个时间点，对废物处理和密切循环技术是相当好理解的。自1988年以来，现有的水基清洗剂成功地清楚了广泛的残留物。

     3.水基清洗技术：电子组装水基清洗材料旨在消除一系列助焊剂的技术，包括有机酸、松香、树脂和来自混合技术电路板结构聚合物。水基工程清洗剂的设计挑战是制定一个材料矩阵，能够协同去除离子和非离子型污染物。助焊剂配方根据其具体的设计标准有很大的差异。基于这个原因，各种清洗剂需要被用来更好地“匹配”其中某一种或者其他助焊剂，尤其是那些新的和前沿的助焊剂材料。为了应对这一挑战，作为通用溶剂的水与不同材料结合来清洁多种类的脏污。第二个挑战，是水基清洗剂需要与产品硬件相兼容。最后一个挑战是围绕各种清洗设备做水清洗剂的设计。为了实现类水基清洗剂最佳，将溶解、活化、润湿、腐蚀和泡沫控制，如同积木艺术一样开始熟练组合使用，最终结果产生最具挑战性的电子组件和先进的封装的清洁材料。

     4.局限：与任何其他技术一样，水的清洁有它的局限性和特殊性，选择清洗方法之前必须了解这一点。对于即将使用这项技术的用户也必须清楚，没有通用的清洗方法。但水清洗是能够解决广泛的电子组装和当前的行业需求所要求的的预先包装清洁要求的部分。

     5.水基清洗剂主要应用清洗领域包括：

1.   去除松香、树脂和免清洗焊接后的助焊剂残留；

2.   去除焊接后水溶性有机酸助焊剂；

3.   涂覆、粘结、密封之前的精细清洗

4.   清洁丝网、模板、焊接设备控制板和其他应用工具。

     六、水基清洗剂在电子制造业的应用发展

   （一）电子清洗剂的发展趋势：

     1.溶剂清洗剂，又名溶剂型清洁剂或溶剂脱脂剂，它的作用机理，是用液体去溶解污染物，使得污染物溶解在液体中。它可以是单一溶剂，或者多种溶剂的组合，又或者溶剂和各种助剂的共同混合物。

溶剂型清洗剂通过溶解污染物达到清洁物件表面的效果，具有清洁力强和速度快，无需漂洗和干燥，减少了工作时间。

     早期传统的清洗工艺一般使用含氟利昂（CFC-113）的ODS（消耗臭氧层物质）清洗剂，该类清洗剂具有化学稳定性好、毒性大、不燃烧、表面张力小、不损伤被清洗材料以及能保持较强的渗透性和快干等优点。但ODS类清洗剂对臭氧层具有极强的破坏力，且ODS的GWP（温室效应潜能值）是CO₂的几百甚至几千倍，严重危害人类的生态环境。也是各类国际法规限期生产和使用的物质。

     后期国内外也开发出短期的替代品，如氢氯氟烃、三氯乙烯等卤代溶剂，这类物质同样能够破坏臭氧层，现已有很多用户拒绝使用ODS类清洗物质。

     近年很多商家用环保类的有机溶剂作为ODS类清洗剂的代用品，但这类物质采用醇醚类酯类作为主要溶剂，具有闪点低、易燃、易爆，同时有些还含有VOC_S等毒性物质，不仅存在很大的安全隐患，且对人体职业健康有一定危害。

     溶剂型清洗剂含有的挥发性有机污染物带来的负面影响越来越成为人类社会关注的重点。废气排放、污水排放等给环境造成了沉重的负担。易燃易爆的特性给生产场所埋下了安全隐患，其中隐含的有毒性添加物则影响职工身体健康，这些都成为使用方不得不关切的，进一步考虑使用其他清洗剂进行更换，以确保生产安全和降低环境污染，以及职工职业健康保障。

     社会、环境与人类的和谐可持续发展是永恒的主题，随着社会生产力的不断进步，制造业向高端智能制造迈进，符合产品精密化、高质量、高可靠性要求以及满足政府与客户的安全需求、环境环保绿化经济需求、符合日益严格的环保规范管控标准、现场作业人员身体健康、工作场所的环境安全、废气废液排放管控要求，提高生产效率、提升产品质量、降低企业综合经济成本。更加环保的清洗剂—水基清洗的应用势必成为一种的趋势。

     2.水基清洗剂应用行业：

     所以在有高度清洁要求的行业，诸如工业制造业、自动化智能机械、精密仪器制造业、航天航空、军工、电子半导体、汽车电子、消费类电子、通讯基站、医疗器械、高铁轨道等等，高效、高规格、安全环保的水基清洗剂是最理想的选择。

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