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电子线路板的乳化清洗技术与“零”排放清洗设备
作者:威霸

一、 引言电子线路板是现代电子仪器仪表、电子计算机、自动化控制装置、军事电子装备以及电子通讯设备、医疗设备等等电子产品中的核心部件。电子线路板的质量,直接影响到电子整机产品的性能和可靠性。电子线路板的清洗,是电子装腔作势联中的重要工序,清洗工作的质量,对产品性能和可靠性影响极大。通过清洗要达到以下一些目的: 

1、 外观洁净,无残留助焊剂和各种污染物,便于肉眼检查和自动检测; 
2、 去除离子污染,增加表面绝缘电阻,降低泄漏电流; 
3、 提高保护涂层的附着力; 
4、 防止板子受腐蚀。电子线路板的焊后清洗,以往广泛使用氟氯烃类清洗剂,如F113、1.1.1三氯乙烷等。这些清洗剂已被国际上认定为消耗臭氧层物质,简称ODS。从1996年开始,发达国家已停止使用,发展中国家允许推迟10年执行。

替代氟氯烃类清洗技术,目前基本上有以下四种替代技术: 
1、 HCFC类溶剂清洗技术; 
2、 半水溶剂清洗技术; 
3、 水清洗(包括水溶性水剂)技术; 
4、 免清洗技术。 HCFC类溶剂清洗存在的主要问题,一是过渡性,因其对臭氧层还有破坏作用,限定在一定时间允许使用;二是价格比较贵,使用成本高。免清洗涉及到从基板、元器件到免清洗焊剂和焊接工艺等一系列工艺问题和管理问题,是一项系统工程,不太适宜。半水清洗是用溶剂清洗后用水来漂洗,半水溶剂价格也比较贵。水清洗适用于清洗水溶性助焊剂,这种助焊剂腐蚀性比较大,必须焊后立即清洗;或者仍用松香焊剂但用水溶性的皂化剂来清洗,靠皂化作用把松香变成松香脂肪酸盐而清洗掉。但皂化剂的碱性很强,有些金属和元件对碱性敏感的就不能选用。此外,有的线路板采用合成活性焊剂焊接,碱性清洗剂是无法清洗的。如何能找到一种清洗方法,既能达到溶剂清洗的目的,又可使溶剂的消耗量降得很低呢?这种清洗方法已被开发,就是乳化清洗法。

二、 乳化清洗技术及其特点乳化清洗技术,就是把半水清洗和水清洗结合起来的一种清洗方法。清洗剂采用碳氢类半水溶剂,但使用浓度只有5~10%。因在半水溶剂中加有乳化剂,故清洗时形成乳化状态,分散相是半水溶剂,连续相是水,故称乳化清洗。其清洗特点是: 
1、 既满足了溶剂清洗的要求,又达到了减少溶剂消耗量的目的,降低了清洗成本; 
2、 既可以清洗松类助焊剂,又可以清洗掉水溶性类污染物和极性污染物; 
3、 半水溶剂是一种可燃性溶剂,由于使用浓度比较低,大部分是不可燃的水,故事片使用上比较安全; 
4、 相容性好,对金属件不腐蚀,对橡塑件和涂层等不溶胀、不开裂,对元件表面的标记、符号仍保持清晰,不会清洗掉。

三、 乳化清洗工艺 
1、 清洗剂选择选用美国杜邦公司生产的碳氢类半水溶剂Axare132、Axarel36等系列清洗剂。该清洗剂由极性和非极性成分配制,能有效地清除松香助焊剂和离子污染物,具有高的闪点及低的毒性,比较好的相容性下面是Axarel32的主要性能:
(1) PH值(5%水溶液)5~6 
(2) 闪点 99℃ 
(3) 蒸发汽压 20℃<0.1mmHg 
(4) 气味 几乎没有
(5) 芳族含量 <0.2% 
(6) 比重 25℃ 0.84 
(7) 粘度 25℃ 2.8CP 
(8) 表面张力 25℃ 27达因/厘米清洗剂的使用浓度为5~10% 
2、 清洗流程乳化清洗 纯水漂洗 纯水漂洗 纯水漂洗 热风干燥 

3、 清洗温度和时间 清洗温度一般在40~60℃,清洗时间约2~5分钟,漂洗次数为2~3次,每次2~3分钟。喷洗时的压力约0.2~0.3MPa.热风干燥的温度为60~80℃,干燥时间约30分钟。 

4、 对漂洗用纯水的要求对漂洗水的质量要求,应根据清洗板子的清洁度要求来选择。一般情况下,用200K的纯水也可以了,因为在清洁检测时,还要用异丙醇水溶液冲洗或浸泡,相当于对板子表面残留离子污物再一次稀释。对清洁度要求特别高的可选用1~18兆纯水或高纯水。 

5、 对清洁度的控制主要控制是最后一次漂洗水的电阻率。如果最终漂洗的电阻率未达到规定控制要求,则应继续漂洗直到达到规定要求为止。

四、 乳化清洗设备 
1、 设备基本结构—在原洗盘式批量清洗相上作适当的改进,增加乳化组件和漂洗储液槽以及控制阀门和管路等。清洗、漂洗和干燥都在同一个工作室,故设备占地面积比较小。有上、下二个工件筐,可以推进拉出,便于装卸工件,一次装载量为1~2m²,最大板子尺寸为480*240毫米。 

2、 清洗方式—采用喷洗方式,喷洗压力约0.2~0.3Mpa,流量100~200升/分,有二个可旋转的喷臂,喷臂上有很多小孔板子进喷淋。 

3、 乳化系统—清洗加入乳化室中,经搅拌和加热乳化后,再泵入清洗工作室中,清洗工作结束后,乳化液由泵再排放入乳化室中,被清洗下来的松香剂与乳化液因比重不同而被静置分离,而乳化液可反复利用,但清洗剂须定时补充。 

4、 漂洗系统—有1#、2#、3#三个漂水槽和一个污水槽、一个漂水分离槽共五个槽组成。第一次漂洗后排放的水,因为最脏,故排入污水槽中,经污水处理后进入3#漂洗槽。第二次漂洗的污水排放入分离槽,分离污物后进入 1#漂水槽,可作为第一次漂洗后的用水,使水得到再次利用。第三次漂洗后的污水,排放入2#漂水槽,因相对于来说比较干净,可用为第二次漂洗的用水。第三次漂洗(最后一次)用的水,就是经污水处理后变成纯水的3#漂水槽的水。这样周而复始的循环,该设备的污水排放为“零”,属于“零”排放设备。如果工厂为了延长污水处理装置的使用时间,也可以考虑把第一次漂洗后的污水直接排放,每次约20L污水,但工作必须确保下水道的总排放符合国家规定的排放要求。

五、 污水处理装置为了保护环境,该设备设置了污水处理装置,使污水处理后再变成纯水而反复利用,这样,既保护了环境又充分利用了水资源。因为清洗以后的含有清洗剂的水,要反复使用并不排放,需要处理的水是漂洗以后的水,但漂洗以后的水仅第一次漂洗后的水需要排放处理,而第二、第三次漂洗后的水还要利用,故该设备需要处理的污水量不大,每小时仅40升~80升(每次清洗循环排放约20升)。污水处理的方法,是用二道活性碳吸附,因为碳投类清洗和松香都属有机物。然后再用混床去作阴离子和阳离子,处理后回到3#漂洗槽备用。

具体流程如下: ——活性碳床——活性碳床——混床 ——电导检测——3#漂洗槽