免清洗技术：实现完全淘汰ODS的有效途径
2016/2/7 19:14:50 点击：
大气臭氧层破坏是当今危害人类生存环境的重要问题之一。我国政府庄严承诺，按照国际公约逐步淘汰消耗臭氧层物质（ODS）的生产和消费，到2006年1月1日清洗行业全部停止使用CFC-113（氯氟化碳）和1.1.1-三氯乙烷（TCA），这是信息产业面临的最大挑战。
大气臭氧层被破坏是当今危害人类生存环境的三大全球问题之一。《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》已获国务院批准，我国政府庄严承诺，按照国际公约逐步淘汰ODS(消耗臭氧层物质)的生产和消费，到2006年1月1日起清洗行业全部停止使用CFC-113(氯氟化碳)和1．1．1-三氯乙烷(TCA)，这是信息工业企业面临的最大挑战。根据联合国“蒙特利尔”协议精神，20世纪80年代末90年代初工业发达国家先后研制开发了水洗技术、半水洗技术、非ODS有机溶剂清洗、免清洗技术等四种主要替代技术，并已广泛应用在电子清洗工艺中。
在这些替代技术中，水洗和半水洗的设备投资大，占地面积大，耗电能大，耗水多，而且还要进行水处理和废水处理。如果废水不经处理直接排放，将造成新的污染源。而非ODS有机溶剂清洗，其溶剂本身成本高，存在挥发性有机物(VOC)的污染和工作操作安全等问题，而且HCFC也只是一种过渡性替代物，已被列为2040年最终全部淘汰的清洗溶剂之一。而免清洗技术因具有简化工艺流程，降低了生产成本(节省了水洗设备和清洗溶剂，而且减少了助焊剂的用量)，节省生产工时，缩短生产周期，对环境无污染等优点，受到各国的普遍重视。实践证明，前三种清洗技术只是过渡时期的技术，从长远来看，应首选免清洗技术，以达到最终不使用ODS的目的，对于替代ODS清洗来说是一步到位技术。免清洗技术在国内外电子产品中已经得到用户的信赖，已成为公认的当今替代ODS清洗的有效途径，将会得到更加广泛的应用，是今后发展的方向。
免清洗技术是一个新概念、新技术，不同于不清洗。如果说当人们认识到清洗对提高电子产品质量的重要性，由焊后不清洗发展到清洗是一次飞跃，那么，现再由清洗发展到免清洗将是一次新的飞跃，决不是倒退，更不能以降低产品质量为代价。免清洗工艺是相对于传统的清洗工艺而言，是建立在保证原有产品质量要求的基础上简化工艺流程的一种先进技术，而决不是简单地取消原来的清洗工艺的不清洗。免清洗技术应用新材料和新工艺来达到以往焊后需要清洗才能达到的质量要求，而不清洗只是适用于某些低档消费类电子产品，虽然省去了清洗工序，却相对降低了产品的质量。
免清洗技术包括免清洗波峰焊技术和免清洗回流焊技术。前者由传统波峰焊接发展而成，通过对原有的波峰焊设备进行技术改造或更新波峰焊机，采用低固物含量，不含任何卤化物，焊后仅有微量无腐蚀性残留物，而且焊后表面绝缘电阻高的免清洗助焊剂，以达到免清洗效果，主要解决通孔插装元器件和混装联技术中固化表面元器件的波峰焊接。后者是SMT装配中的重要工艺环节，通过采用低固物含量，不合任何卤化物、焊后仅有微量无腐蚀性残留物。而且焊后绝缘电阻高的免清洗焊膏和工艺控制来达到免清洗效果，主要解决表面贴装元器件的回流焊接。
免清洗工艺的实现不仅依赖于免清洗助焊剂（焊膏），还依赖于焊接设备、元器件、PCB板、工艺流程和工艺参数、工艺环境、工艺管理等诸多因素。免清洗焊接技术是将材料、设备、工艺环境和人力因素结合在一起的综合性技术，是一个系统工程，其核心内容有：选择合适的免清洗助焊剂(焊膏)、选择恰当的涂敷工艺及其焊接设备、选择合适的工艺参数、配以适当的工艺准备和工艺管理、应选用免清洗焊锡丝与之配套等。
选择合适的免清洗助焊剂（焊膏）
免清洗焊接材料的核心是免清洗助焊剂(焊膏)。随着免清洗技术的发展，低固物含量、无卤化物、无松香或有机合成树脂的免清洗助焊剂(焊膏)已经商品化，并且国内市场上销售的品牌和种类越来越多，因此，如何根据产品质量要求和企业现有的设备状况选择合适的免清洗助焊剂(焊膏)是成功应用免清洗技术的关键因素之一。应该首选经电子工业材料质量监督检测中心(天津电子46所)按免清洗类助焊剂(焊膏)技术条件检测合格的产品，可以多选几种进行焊接质量对比实验，择优选取性能价格比好、供货及时、质量稳定、售后服务好的生产企业作为合格供应商。另外，要注意助焊剂的贮存期，以保证免清洗助焊剂(焊膏)的效能。
选择恰当的涂敷工艺及其焊接设备
采用免清洗助焊剂后，助焊剂的涂敷就变得十分重要，这将会直接影响到焊后质量。实践证明以下两种助焊剂涂敷方式在免清洗工艺中都是成功的。
发泡式
目前众多的生产企业使用的波峰焊机装有发泡式涂敷助焊剂装置。这些设备只要清洗干净，对发泡装置不加改造或稍加改造即可用于免清洗工艺，投资少。采用发泡工艺的缺点是助焊剂的用量不易控制，涂敷不均匀，在PCB板上有残留助焊剂，给免清洗工艺带来明显的影响。更换孔径细密的发注管，使发泡细密，调节发泡高度为不超过PCB板厚度的1／3，使泡沫正好沾着PCB板底部，不翻上PCB板顶部，涂敷均匀，则能使焊剂残留减至最少，又能获得较好的焊接效果。另外，发泡式装置是开启式的，助焊剂中溶剂极易挥发，需定时测量助焊剂的密度，添加稀释剂来调整其密度，以保证达到最佳焊接效果。同时因吸收空气中水分和落人灰尘等杂质极易使助焊剂变质，使用一段时间后需要更换助焊剂，造成一定的浪费。
喷雾式
通过喷雾装置将雾状的助焊剂送到PCB板焊接面上，其雾化程度，喷雾宽度、喷雾量、预热温度等均可调节，这种涂敷工艺，涂敷很均匀，而且可以节约助焊剂(比发泡式可以节省50-65%)，焊后板面相当干净，也不需要像发泡式那样定期更换助焊剂或添加稀释剂。助焊剂是完全封闭在加压的容器中，不必考虑溶剂的挥发和吸收大气中的水分，这样助焊剂成分不变，一次加入后可以直到用完为止。使用喷雾涂敷工艺，需要具有良好的通风装置，将挥发的易燃的溶剂蒸气排除出去。喷雾式涂敷助焊剂的优点是显著的，是实现免清洗工艺最佳涂敷方式，是今后涂敷助焊剂工艺的主流。对于老式的发泡式波峰焊接机，可以拆除发泡装置改装喷雾装置来实现喷雾涂敷助焊剂工艺，但是如果设备已经陈旧，到了需要更新的阶段，这种办法是不可取的，也不经济，不如直接更新改造，购置一台带喷雾装置的新式波峰焊接机更好。
除上述二种助焊剂涂敷方式外，国内尚有浸涂或刷涂的方式涂敷助焊剂，这种方式很难控制助焊剂的涂敷量，极易造成因涂敷助焊剂过多而造成焊后残留物多，影响PCB板的表观质量。因此需要经过工艺试验，包括适当增加稀释剂用量来减少焊后的残留物。
选择合适的工艺参数
焊接工艺参数主要有：助焊剂活性(PH值)、预热温度、波峰焊接温度、助焊剂的发泡高度(或喷物量)、钎料的波峰高度(H)及压锡深度、牵引角、传动速度和焊接时间、钎料槽中的合金成分等，这些都是保证焊接质量的诸多因素。采用免清洗助焊剂，调正好波峰焊接设备的各项参数显得尤为重要，预热温度是达到其成功运作效果的重要环节。免清洗助焊剂是一种低固含量的助焊剂，其活性较松香助焊剂弱，在焊接过程中，随着预热温度的升高，助焊剂逐渐开始激活，当达到预热温度时，活性物质释放出来，同时溶剂成分开始气化，在PCB板上只留下微量的残余物。由此可见，预热温度是免清洗工艺中最重要的环节。预热温度一般在95℃—105℃(指元件面温度)，焊接温度在250℃左右。
实践证明，在空气中进行免清洗工艺是可以获得良好的焊接效果的。但是，因为免清洗助焊剂的活性相对于松香助焊剂等高固含量助焊剂的活性要弱一些，因此采用惰性气体(如N2)保护焊可以进一步提高焊接质量。其优点是，减少焊时的氧化，提高焊点质量，减少焊接缺陷，减少焊后残留物，提高产品的外观质量，尤其是细间距器件的焊接效果更为明显。
配以适当的工艺准备和工艺管理
要获取良好的免清洗工艺效果，除了焊接过程中设备和工艺参数的调整、控制外，在工艺准备阶段的材料控制和装焊过程中的环境控制同样十分重要。
首先元器件引线(焊接端面)应符合可焊性要求，最好能在恒温干燥的条件下保存，使其免受污染和老化，存放迹、灰尘等。因此加强工艺管理十分重要，否则会影响免清洗工艺的效果。
应选用免清洗焊锡丝与之配套
手工焊接或波峰焊接、回流焊后的焊点返修，应选用免清洗焊剂芯的焊锡丝，减少手工焊或返修后的残留物。采用免清洗波峰焊(回流焊)后用非免清洗焊锡丝进行手工焊或修补焊点是不可取的，这样会造成板面污染。
免清洗技术与传统的清洗技术相比，其优点是显而易见的。这种新工艺的实施不仅可以保护环境，改善生产条件，而且可以降低生产成本，保证产品质量，这已被国内外广泛证明。但是，它毕竟是一项全新的工艺技术，习惯于旧有模式的人会提出诸如新工艺的实施能为企业和制造工艺技术带来什么影响，会不会提高制造成本。实际上，推广这项新工艺关键在于彻底改变人们对焊接工艺的认识，充分掌握免清洗技术的内涵，提高解决实际问题的能力，正确选择关键材料，主要是免清洗助焊剂和焊膏，这是至关重要的。免清洗技术是发展方向，是淘汰ODS的最佳途径之一。该技术的大力推广和应用，将会推动我国尽早淘汰ODS的进程，这对增加企业经济效益和对保护地球环境的贡献具有深远的意义。
大气臭氧层被破坏是当今危害人类生存环境的三大全球问题之一。《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》已获国务院批准，我国政府庄严承诺，按照国际公约逐步淘汰ODS(消耗臭氧层物质)的生产和消费，到2006年1月1日起清洗行业全部停止使用CFC-113(氯氟化碳)和1．1．1-三氯乙烷(TCA)，这是信息工业企业面临的最大挑战。根据联合国“蒙特利尔”协议精神，20世纪80年代末90年代初工业发达国家先后研制开发了水洗技术、半水洗技术、非ODS有机溶剂清洗、免清洗技术等四种主要替代技术，并已广泛应用在电子清洗工艺中。
在这些替代技术中，水洗和半水洗的设备投资大，占地面积大，耗电能大，耗水多，而且还要进行水处理和废水处理。如果废水不经处理直接排放，将造成新的污染源。而非ODS有机溶剂清洗，其溶剂本身成本高，存在挥发性有机物(VOC)的污染和工作操作安全等问题，而且HCFC也只是一种过渡性替代物，已被列为2040年最终全部淘汰的清洗溶剂之一。而免清洗技术因具有简化工艺流程，降低了生产成本(节省了水洗设备和清洗溶剂，而且减少了助焊剂的用量)，节省生产工时，缩短生产周期，对环境无污染等优点，受到各国的普遍重视。实践证明，前三种清洗技术只是过渡时期的技术，从长远来看，应首选免清洗技术，以达到最终不使用ODS的目的，对于替代ODS清洗来说是一步到位技术。免清洗技术在国内外电子产品中已经得到用户的信赖，已成为公认的当今替代ODS清洗的有效途径，将会得到更加广泛的应用，是今后发展的方向。
免清洗技术是一个新概念、新技术，不同于不清洗。如果说当人们认识到清洗对提高电子产品质量的重要性，由焊后不清洗发展到清洗是一次飞跃，那么，现再由清洗发展到免清洗将是一次新的飞跃，决不是倒退，更不能以降低产品质量为代价。免清洗工艺是相对于传统的清洗工艺而言，是建立在保证原有产品质量要求的基础上简化工艺流程的一种先进技术，而决不是简单地取消原来的清洗工艺的不清洗。免清洗技术应用新材料和新工艺来达到以往焊后需要清洗才能达到的质量要求，而不清洗只是适用于某些低档消费类电子产品，虽然省去了清洗工序，却相对降低了产品的质量。
免清洗技术包括免清洗波峰焊技术和免清洗回流焊技术。前者由传统波峰焊接发展而成，通过对原有的波峰焊设备进行技术改造或更新波峰焊机，采用低固物含量，不含任何卤化物，焊后仅有微量无腐蚀性残留物，而且焊后表面绝缘电阻高的免清洗助焊剂，以达到免清洗效果，主要解决通孔插装元器件和混装联技术中固化表面元器件的波峰焊接。后者是SMT装配中的重要工艺环节，通过采用低固物含量，不合任何卤化物、焊后仅有微量无腐蚀性残留物。而且焊后绝缘电阻高的免清洗焊膏和工艺控制来达到免清洗效果，主要解决表面贴装元器件的回流焊接。
免清洗工艺的实现不仅依赖于免清洗助焊剂（焊膏），还依赖于焊接设备、元器件、PCB板、工艺流程和工艺参数、工艺环境、工艺管理等诸多因素。免清洗焊接技术是将材料、设备、工艺环境和人力因素结合在一起的综合性技术，是一个系统工程，其核心内容有：选择合适的免清洗助焊剂(焊膏)、选择恰当的涂敷工艺及其焊接设备、选择合适的工艺参数、配以适当的工艺准备和工艺管理、应选用免清洗焊锡丝与之配套等。
选择合适的免清洗助焊剂（焊膏）
免清洗焊接材料的核心是免清洗助焊剂(焊膏)。随着免清洗技术的发展，低固物含量、无卤化物、无松香或有机合成树脂的免清洗助焊剂(焊膏)已经商品化，并且国内市场上销售的品牌和种类越来越多，因此，如何根据产品质量要求和企业现有的设备状况选择合适的免清洗助焊剂(焊膏)是成功应用免清洗技术的关键因素之一。应该首选经电子工业材料质量监督检测中心(天津电子46所)按免清洗类助焊剂(焊膏)技术条件检测合格的产品，可以多选几种进行焊接质量对比实验，择优选取性能价格比好、供货及时、质量稳定、售后服务好的生产企业作为合格供应商。另外，要注意助焊剂的贮存期，以保证免清洗助焊剂(焊膏)的效能。
选择恰当的涂敷工艺及其焊接设备
采用免清洗助焊剂后，助焊剂的涂敷就变得十分重要，这将会直接影响到焊后质量。实践证明以下两种助焊剂涂敷方式在免清洗工艺中都是成功的。
发泡式
目前众多的生产企业使用的波峰焊机装有发泡式涂敷助焊剂装置。这些设备只要清洗干净，对发泡装置不加改造或稍加改造即可用于免清洗工艺，投资少。采用发泡工艺的缺点是助焊剂的用量不易控制，涂敷不均匀，在PCB板上有残留助焊剂，给免清洗工艺带来明显的影响。更换孔径细密的发注管，使发泡细密，调节发泡高度为不超过PCB板厚度的1／3，使泡沫正好沾着PCB板底部，不翻上PCB板顶部，涂敷均匀，则能使焊剂残留减至最少，又能获得较好的焊接效果。另外，发泡式装置是开启式的，助焊剂中溶剂极易挥发，需定时测量助焊剂的密度，添加稀释剂来调整其密度，以保证达到最佳焊接效果。同时因吸收空气中水分和落人灰尘等杂质极易使助焊剂变质，使用一段时间后需要更换助焊剂，造成一定的浪费。
喷雾式
通过喷雾装置将雾状的助焊剂送到PCB板焊接面上，其雾化程度，喷雾宽度、喷雾量、预热温度等均可调节，这种涂敷工艺，涂敷很均匀，而且可以节约助焊剂(比发泡式可以节省50-65%)，焊后板面相当干净，也不需要像发泡式那样定期更换助焊剂或添加稀释剂。助焊剂是完全封闭在加压的容器中，不必考虑溶剂的挥发和吸收大气中的水分，这样助焊剂成分不变，一次加入后可以直到用完为止。使用喷雾涂敷工艺，需要具有良好的通风装置，将挥发的易燃的溶剂蒸气排除出去。喷雾式涂敷助焊剂的优点是显著的，是实现免清洗工艺最佳涂敷方式，是今后涂敷助焊剂工艺的主流。对于老式的发泡式波峰焊接机，可以拆除发泡装置改装喷雾装置来实现喷雾涂敷助焊剂工艺，但是如果设备已经陈旧，到了需要更新的阶段，这种办法是不可取的，也不经济，不如直接更新改造，购置一台带喷雾装置的新式波峰焊接机更好。
除上述二种助焊剂涂敷方式外，国内尚有浸涂或刷涂的方式涂敷助焊剂，这种方式很难控制助焊剂的涂敷量，极易造成因涂敷助焊剂过多而造成焊后残留物多，影响PCB板的表观质量。因此需要经过工艺试验，包括适当增加稀释剂用量来减少焊后的残留物。
选择合适的工艺参数
焊接工艺参数主要有：助焊剂活性(PH值)、预热温度、波峰焊接温度、助焊剂的发泡高度(或喷物量)、钎料的波峰高度(H)及压锡深度、牵引角、传动速度和焊接时间、钎料槽中的合金成分等，这些都是保证焊接质量的诸多因素。采用免清洗助焊剂，调正好波峰焊接设备的各项参数显得尤为重要，预热温度是达到其成功运作效果的重要环节。免清洗助焊剂是一种低固含量的助焊剂，其活性较松香助焊剂弱，在焊接过程中，随着预热温度的升高，助焊剂逐渐开始激活，当达到预热温度时，活性物质释放出来，同时溶剂成分开始气化，在PCB板上只留下微量的残余物。由此可见，预热温度是免清洗工艺中最重要的环节。预热温度一般在95℃—105℃(指元件面温度)，焊接温度在250℃左右。
实践证明，在空气中进行免清洗工艺是可以获得良好的焊接效果的。但是，因为免清洗助焊剂的活性相对于松香助焊剂等高固含量助焊剂的活性要弱一些，因此采用惰性气体(如N2)保护焊可以进一步提高焊接质量。其优点是，减少焊时的氧化，提高焊点质量，减少焊接缺陷，减少焊后残留物，提高产品的外观质量，尤其是细间距器件的焊接效果更为明显。
配以适当的工艺准备和工艺管理
要获取良好的免清洗工艺效果，除了焊接过程中设备和工艺参数的调整、控制外，在工艺准备阶段的材料控制和装焊过程中的环境控制同样十分重要。
首先元器件引线(焊接端面)应符合可焊性要求，最好能在恒温干燥的条件下保存，使其免受污染和老化，存放迹、灰尘等。因此加强工艺管理十分重要，否则会影响免清洗工艺的效果。
应选用免清洗焊锡丝与之配套
手工焊接或波峰焊接、回流焊后的焊点返修，应选用免清洗焊剂芯的焊锡丝，减少手工焊或返修后的残留物。采用免清洗波峰焊(回流焊)后用非免清洗焊锡丝进行手工焊或修补焊点是不可取的，这样会造成板面污染。
免清洗技术与传统的清洗技术相比，其优点是显而易见的。这种新工艺的实施不仅可以保护环境，改善生产条件，而且可以降低生产成本，保证产品质量，这已被国内外广泛证明。但是，它毕竟是一项全新的工艺技术，习惯于旧有模式的人会提出诸如新工艺的实施能为企业和制造工艺技术带来什么影响，会不会提高制造成本。实际上，推广这项新工艺关键在于彻底改变人们对焊接工艺的认识，充分掌握免清洗技术的内涵，提高解决实际问题的能力，正确选择关键材料，主要是免清洗助焊剂和焊膏，这是至关重要的。免清洗技术是发展方向，是淘汰ODS的最佳途径之一。该技术的大力推广和应用，将会推动我国尽早淘汰ODS的进程，这对增加企业经济效益和对保护地球环境的贡献具有深远的意义。
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