电子元器件和航空航天精密零部件的清洗

气相清洗法,属于干法清洗,是通过加热槽内的清洗剂沸腾成为蒸汽上升形成气相区,然后把组件放置在气相区内。由于温度差的作用,蒸汽冷凝在组件表面,溶解并带下组件表面的污染物,回到加热槽,气相清洗液再次通过加热变成蒸汽上升与组件进行接触,从而进行循环清洗。该方法在循环时,蒸汽本身不存在不可汽化的污染物,不会让油脂、小颗粒等污染物离开加热槽,从而保证了清洗质量,目前广泛应用于微波组件的内部多余物控制及去除裸芯片的表面污染物等领域。美国3M公司的Novec氟化液适用于精密设备、电子元件的清洗,可去除表面的颗粒杂质,其主要与立讯精密、华为合作。[5]

激光清洗法,属于干法清洗,是利用激光器所产生的光脉冲特性,基于高强度的光束、短脉冲激光机污染层之间的相互作用所导致的光物理反应。为了保证基底材料的安全,通常需要调整激光参数,使光脉冲的能量密度严格处于两个阈值之间(高于第一阈值可以有效清除残留物,低于第二阈值可以使基底材料不被损坏)。这种方法属于无接触式清洗,相比传统清洗方法不会产生机械应力,可以在不损伤材料表面的情况下有选择性地清洗材料表面的污染物(亚微米级的污染颗粒),同时不需要任何化学试剂和清洗液,清洗后的废料都是固体粉末,体积小,可回收,可以较轻易解决化学清洗带来的环境污染问题。昆山凯研光电科技有限公司是德国cleanLASER激光清洗机的中国总代理。激光清洗设备是新一代表面清理的高科技产品,现已广泛的应用于各行各业。德国cleanLASER专门从事于激光清洗,是激光清洗行业的开拓者和领导者,已经有20多年的历史,其激光清洗系统遍布全球各地,主要合作于AUDI、BMW。[6]

免清洗法[8],关于免清洗,首先要区分“免清洗”和“不清洗”是两个不同的概念。所谓不清洗,是指采用传统的松香助焊剂(RMA)或有机酸助焊剂,焊接后虽然有一定的残留物,但不清洗也能满足某些产品的质量要求。而免清洗是指采用免清洗焊膏和免清洗助焊剂替代传统的松香型焊膏和助焊剂,同时还包括了手工焊接及返修中特殊焊料和助焊剂的应用。在惰性环境下焊接后,残留物极小、无腐蚀、具有极高的表面绝缘电阻(SIR),一般情况下不需要清洗既能达到离子洁净度的标准(美军标MIL-P-228809),可直接进入涂覆。免清洗技术的实施,可避免清洗应力对焊接组件的损伤,有利于提高产品质量。国外一些大公司也开始使用免洗助焊剂代替传统意义上的松香型助焊剂,比如美国的IBM公司、加拿大的北方电讯公司,我国科研机构研究出N9310免洗助焊剂。

手工擦洗法[8],是最基础也是最简单的一种方法,通常用毛刷或浸有丙酮、甲苯及乙醇等有机溶剂的棉签在PCBA表面进行擦拭处理残留物。但该清洗方法一致性较差,效果也不是十分理想,有可能还会引入新的污染物,甚至损伤产品,只适用于一般可靠性要求较低的PCBA返修,或小作坊加工生产。

溶液浸泡法,就是将要清洗的产品放入介质溶液中浸泡来达到清除表面焊剂残留物的一种常规方法,按照清洗介质又可以分为水清洗、半水清洗及溶剂清洗三种方式。

半水清洗方式,是先采用各种乳化液(极性有机溶剂、非极性有机溶剂或两种的混合有机溶剂)对组件进行清洗,然后再用去离子水漂洗的一种清洗操作过程。半水清洗工艺的参数与水清洗工艺类似,均需要反复试验验证才能固化,以此达到最佳清洗效果。另外半水清洗完成后,产品上会有很多残留的去离子水,室温下难以挥发,因此可以增加一些工序如采用高温60~80℃,烘烤30min,或是放入无水乙醇中2min。半水清洗联合国署名推荐的商品名为EC-7作为代替品,对于松香焊剂具有良好的清洗效果,价格较贵,闪点较低。美国杜邦新近开发名为AXAREL32和AXAREL38的清洗剂,适用于半水清洗工艺。具有较高的闪光点和毒性,对于离子污染和松香杂渗具有很有效的去除能力,价格较为昂贵。[8]

溶剂清洗方式,是使用有机溶剂进行初洗和漂洗的一种清洗操作过程。是用极性小的憎水性有机溶剂加入一定量极性大的亲水溶剂组成的共沸物或混合物,在较低的温度下对各种有机污染物进行溶解。早期常用的是三氯三氟乙烷或含氟系列的溶剂用作清洗剂,后来发现该类清洗剂会污染环境,故用异丙醇、非线性结构醇、异辛烷恒沸物等不同溶剂的混合物来替代清洗。该方法对松香和合成活性类助焊剂等有较好的溶解清洗效果,优点是电绝缘性好,介电常数低,沸点低、挥发性好,不过缺点也很明显,成本高、安全性较差、清洗流程较长。泰伦特公司的EC-30溶剂清洗剂,主要是用法于工艺清洁、表面处理、航空航天、智能制造等行业,合作于中国华能集团、丰田等公司。德国Zestron公司,提供高精密清洗工艺方面的研究、生产与技术服务,产品主要有MPC水基清洗剂和Fast表面活性类清洗剂。[9]

其他标准清洁度值要求如下表所示:

[2]黄晓英,戴素红.精密电子清洗剂和清洗设备的应用及发展趋势[J].电子工艺技术,2012,33(05):316-320.

[8]金杏林.电子清洗面临的问题与发展动向[A].中国电子学会生产技术分会装联专业委员会.电子工业清洗技术研讨会论文集[C].中国电子学会生产技术分会装联专业委员会:中国电子学会电子制造与封装技术分会,1993:4.

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