淺談半水基型清洗劑引起的挑戰
精密清洗已成為衡量當今復雜電子封裝可靠性的關鍵績效指標 (KPI)。隨著電子的微型化、低間隙，以及從“元件周圍的助焊劑”到“元件底部的助焊劑”的轉變要求對清潔過程進行創新。
更具體地說，為了消除低間隙元件下的助焊劑殘留物，清洗劑必須能夠滲透達到低間隙中且易漂洗出來。除了清洗劑的選擇外，清潔過程本身也必須進行優化，以實現清潔的最大效率。優化的清潔工藝可以確保降低電子制造（和返工）業務成本，實現盈利。
本文介紹了電子清潔過程的參數、潛在優化以及子過程（清洗和漂洗）中涉及的標準做法。案例研究可以啟發讀者了解最近的進展。最后，重點介紹了可協助工藝工程師進行PCBA清潔的“TECHSPRAY特可銳”產品。
一、優化電子產品清潔
電子清洗一般有兩種方式：在線清洗和批量清洗。這兩種技術都使用清洗劑來凈化PCBA。
在線清潔系統對于清潔具有高密度凸起和低間隙的組件更有效。因此，我們將專注于在線清潔過程。將電子清潔過程拆分為更多的子過程可以提供詳細的見解。
這些子過程包括：
1. 清洗
2. 漂洗
3. 烘干
清洗涉及用清洗劑清洗PCBA。漂洗去除清洗劑和殘留的焊料/助焊劑殘留物，而干燥確保沒有殘留污染。本文重點優化前兩個子流程。
這些是有效清潔過程的決定性參數：
1. 清洗劑（化學能）
2. 清洗溫度（熱能）
3. 沖擊力（機械能）
4. 清潔時間
二、清洗劑的類型
在電子工業中，有兩種主要類型的清洗劑——半水基清洗劑和溶劑基清洗劑。要深入比較這兩種清洗劑，請參閱“半水基清洗劑和溶劑清洗劑的徹底比較”。
與溶劑型清洗劑相比，半水基清洗劑使用安全且環保。這些受歡迎且有效的清洗劑將成為我們的重點。 為了徹底清潔，清洗劑的化學成分必須能夠溶解要去除的污染物，并且必須根據具體情況進行評估。增加熱能（溫度）可以最大化水性清洗劑的清潔潛力。隨著溫度升高，助焊劑變得更軟，并且在機械能的幫助下更容易被半水基清洗劑滲透，且大多數有機殘留物在熱水溶液中溶解得更好。
高溫還會將水的表面張力降低到大約25 達因/厘米，現在它可以輕松滲透到我們現在生產的組件中的狹小空間，從而實現高效的清潔。但是較高的溫度可能會導致腐蝕、溶液蒸發損失增加以及相關設備的維護成本增加。
對于清洗過程，一般以80℃為上限，而對于漂洗，則為65℃。對于特定應用，清潔化學品的選擇決定了溫度要求。
三、半水基清洗劑的沖洗挑戰
“潤濕性”定義了液體與表面保持接觸的能力。與溶劑型清洗劑相比，水是水性清洗劑的主要溶劑，具有較高的表面張力（約72 達因/厘米）。由于其高表面張力，水具有較差的潤濕指數，并且其滲入和滲出狹窄空間（小于等于1 mil 的隔離元件）的能力非常有限。
由于這種高表面張力，很難單純使用去離子水去除低間隙內的污染物。為了克服這個限制，添加表面活性劑以降低清洗子過程中水的表面張力。然而，半水基清洗需要事后漂洗，因為這些表面活性劑和其他對清洗有效的化學添加劑會影響最終組裝的可靠性。
四、沖擊力
在漂洗子過程中，不使用表面活性劑，而是通過機械手段降低去離子水清洗的表面張力。空氣噴霧系統形式的機械能提供物理（攪拌）力，以成功清除先進封裝下方的剩余殘留物和污染物。簡而言之，機械能減小了水的粒徑。機械能的調節可以通過優化噴嘴壓力、噴嘴角度、噴嘴配置和噴嘴類型來完成。
在許多類型的噴嘴中，以下是最常見的兩種：
1. 實心流噴嘴：產生連貫的高壓流體流和全向運動
2. Delta Stream (V-Jet) 噴嘴：提供均勻液滴分布的平面噴霧
增加漂洗部分的噴桿數量可以改善漂洗效果。噴涂壓力取決于PCBA封裝的精細程度。更大的壓力會產生更小的水滴（并徹底清潔），但 PCBA 可能會損壞。一般來說，擴散噴霧比連貫噴霧更適合用于漂洗。如下為一項案例研究尋求漂洗的最佳條件，操作條件研究參數和漂洗階段的分析結果總結在下表和圖中。
五、清洗的時間
清潔的結果在很大程度上取決于電路板接觸清洗劑和去離子水的時間。雖然較短的清潔時間可以提高產量，但并不能保證徹底清潔。因此，工藝工程師的工作就是找出最優的清潔所需的最短時間。
在線清洗過程中的電路板接觸清洗劑的時間與傳送帶的速度成反比。通常，較快的傳送帶導致無法徹底清潔，而較慢的速度可以在 1 mil 間隙以下實現高效的清潔（清洗 + 漂洗），但它會影響產量并減少利潤。
“沖擊力”在優化清潔過程中起著關鍵作用——無論是表面張力還是整體清潔時間。沖擊力的選擇（噴嘴配置）可能因焊膏類型而異。
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