浅谈半水基型清洗剂引起的挑战
精密清洗已成为衡量当今复杂电子封装可靠性的关键绩效指标 (KPI)。随着电子的微型化、低间隙，以及从“元件周围的助焊剂”到“元件底部的助焊剂”的转变要求对清洁过程进行创新。
更具体地说，为了消除低间隙元件下的助焊剂残留物，清洗剂必须能够渗透达到低间隙中且易漂洗出来。除了清洗剂的选择外，清洁过程本身也必须进行优化，以实现清洁的最大效率。优化的清洁工艺可以确保降低电子制造（和返工）业务成本，实现盈利。
本文介绍了电子清洁过程的参数、潜在优化以及子过程（清洗和漂洗）中涉及的标准做法。案例研究可以启发读者了解最近的进展。最后，重点介绍了可协助工艺工程师进行PCBA清洁的“TECHSPRAY特可锐”产品。
一、优化电子产品清洁
电子清洗一般有两种方式：在线清洗和批量清洗。这两种技术都使用清洗剂来净化PCBA。
在线清洁系统对于清洁具有高密度凸起和低间隙的组件更有效。因此，我们将专注于在线清洁过程。将电子清洁过程拆分为更多的子过程可以提供详细的见解。
这些子过程包括：
1. 清洗
2. 漂洗
3. 烘干
清洗涉及用清洗剂清洗PCBA。漂洗去除清洗剂和残留的焊料/助焊剂残留物，而干燥确保没有残留污染。本文重点优化前两个子流程。
这些是有效清洁过程的决定性参数：
1. 清洗剂（化学能）
2. 清洗温度（热能）
3. 冲击力（机械能）
4. 清洁时间
二、清洗剂的类型
在电子工业中，有两种主要类型的清洗剂——半水基清洗剂和溶剂基清洗剂。要深入比较这两种清洗剂，请参阅“半水基清洗剂和溶剂清洗剂的彻底比较”。
与溶剂型清洗剂相比，半水基清洗剂使用安全且环保。这些受欢迎且有效的清洗剂将成为我们的重点。 为了彻底清洁，清洗剂的化学成分必须能够溶解要去除的污染物，并且必须根据具体情况进行评估。增加热能（温度）可以最大化水性清洗剂的清洁潜力。随着温度升高，助焊剂变得更软，并且在机械能的帮助下更容易被半水基清洗剂渗透，且大多数有机残留物在热水溶液中溶解得更好。
高温还会将水的表面张力降低到大约25 达因/厘米，现在它可以轻松渗透到我们现在生产的组件中的狭小空间，从而实现高效的清洁。但是较高的温度可能会导致腐蚀、溶液蒸发损失增加以及相关设备的维护成本增加。
对于清洗过程，一般以80℃为上限，而对于漂洗，则为65℃。对于特定应用，清洁化学品的选择决定了温度要求。
三、半水基清洗剂的冲洗挑战
“润湿性”定义了液体与表面保持接触的能力。与溶剂型清洗剂相比，水是水性清洗剂的主要溶剂，具有较高的表面张力（约72 达因/厘米）。由于其高表面张力，水具有较差的润湿指数，并且其渗入和渗出狭窄空间（小于等于1 mil 的隔离元件）的能力非常有限。
由于这种高表面张力，很难单纯使用去离子水去除低间隙内的污染物。为了克服这个限制，添加表面活性剂以降低清洗子过程中水的表面张力。然而，半水基清洗需要事后漂洗，因为这些表面活性剂和其他对清洗有效的化学添加剂会影响最终组装的可靠性。
四、冲击力
在漂洗子过程中，不使用表面活性剂，而是通过机械手段降低去离子水清洗的表面张力。空气喷雾系统形式的机械能提供物理（搅拌）力，以成功清除先进封装下方的剩余残留物和污染物。简而言之，机械能减小了水的粒径。机械能的调节可以通过优化喷嘴压力、喷嘴角度、喷嘴配置和喷嘴类型来完成。
在许多类型的喷嘴中，以下是最常见的两种：
1. 实心流喷嘴：产生连贯的高压流体流和全向运动
2. Delta Stream (V-Jet) 喷嘴：提供均匀液滴分布的平面喷雾
增加漂洗部分的喷杆数量可以改善漂洗效果。喷涂压力取决于PCBA封装的精细程度。更大的压力会产生更小的水滴（并彻底清洁），但 PCBA 可能会损坏。一般来说，扩散喷雾比连贯喷雾更适合用于漂洗。如下为一项案例研究寻求漂洗的最佳条件，操作条件研究参数和漂洗阶段的分析结果总结在下表和图中。
五、清洗的时间
清洁的结果在很大程度上取决于电路板接触清洗剂和去离子水的时间。虽然较短的清洁时间可以提高产量，但并不能保证彻底清洁。因此，工艺工程师的工作就是找出最优的清洁所需的最短时间。
在线清洗过程中的电路板接触清洗剂的时间与传送带的速度成反比。通常，较快的传送带导致无法彻底清洁，而较慢的速度可以在 1 mil 间隙以下实现高效的清洁（清洗 + 漂洗），但它会影响产量并减少利润。
“冲击力”在优化清洁过程中起着关键作用——无论是表面张力还是整体清洁时间。冲击力的选择（喷嘴配置）可能因焊膏类型而异。
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