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无废水无闪点可蒸馏回收利用的清洗剂
  2024-05-27      65

            一液型水基清洗剂『PINE ALPHA ST-252EVA』

  Water-rinse Free Aqueous Cleaning Agent 'Pine Alpha ST-252EVA'

  无废水无闪点可蒸馏回收利用的清洗剂

  荒川化学工业株式会社

  研究开发本部 精密电子材料开发部 清洗・焊锡 主任研究员

  井内 洋介

  Iuchi Yosuke

【概要】

目前,市场上的工业清洗剂大致分为两类:水基清洗剂(如水基和半水基)和非水基清洗剂(如碳氢和卤素)。 这两种清洗剂的特性相互冲突,因此很难兼顾前者的安全性和后者的便利性。为了解决这一矛盾,荒川化学一直在研究新型清洗剂,并目前已开发出一液型水基清洗剂『PINE ALPHA ST-252EVA』。本文重点通过介绍助焊剂的清洗来概述该产品。

1.背景

近年来,随着电子元件的小型化和精密化,清洗工艺已被广泛应用于整个电子行业,包括印刷电路板焊点的助焊剂清洗、连接器和引线框架的脱脂清洗以及晶片和硬盘驱动器(HDD)相关元件的颗粒清洗。在与松香共同成长的过程中,荒川化学将其知识和技术用于清洗领域,并将助焊剂清洗作为核心业务。

如表1所示,助焊剂清洗剂可大致分为两类:水基清洗剂(如水基和半水基)和非水基清洗剂(如碳氢和卤素)。前者主要成分为水,没有闪点,但在漂洗过程中会产生大量废水,其处理成本也是个问题。而后者在整个清洗和漂洗过程中只使用一种药水,还可以通过蒸馏进行再生,虽然运行成本低,但必须考虑易燃性和环境影响等风险。

为了解决这两者之间的权衡问题,荒川化学一直致力于研究具有与非水基清洗剂同样使用方法的水基清洗剂,并目前已开发出并上市了的水基型的、能和非水基型一样的使用方法的一液型水基清洗剂 Pine Alpha ST-252EVA。本文将介绍该产品并概述其清洗技术。

表1   助焊剂清洗剂的分类

2.PINE ALPHA ST-252EVA产品概要

Pine Alpha ST-252EVA 的一般物性见表2。本清洗剂和一般的水基清洗剂的区别在于,它会随温度的变化而呈现不同的状态。在室温下(约20℃),它是淡黄色透明的均一液体,但加热后会形成油滴并悬浮起来,最终分离成两层:水和油。当温度接近沸点时,它就会蒸发,变成气体,同时保持原来的成分。

  表2 PINE ALPHA ST-252EVA一般物性

其次,在漂洗过程中,清洗剂在常温下使用(均一状态)。在常温下,清洗剂的成分不会产生变化,因此可以实现均匀的漂洗性,当工件(清洗物)被提起时,表面不会只残留高沸点成分。根据这个特性,还可用于将漂洗槽中使用的清洗剂溢流到清洗槽中再利用。  如图1所示,通过充分利用这一特性,可以构建一个一液型水基清洗系统。首先,在清洗过程中,将清洗剂加热到60~70℃后产生油滴(悬浊状态)。这些油滴对助焊剂、油脂具有很强的清洗能力。因此即使在富含水的系统中也能去除油性污染物。另一方面,排出油滴的清洗剂会变成水滴,从而清除基板上的残留离子和其他水基污染物。这两种成分的协同作用产生了很高的清洗性。

在随后的干燥过程中,将工件(清洗物)加热到 80~90℃ 使清洗剂气化(气态)。该清洗剂不含非挥发性成分,不需要像水基清洗剂那样需要用水或酒精去漂洗。因此,在该清洗系统中,被清洗剂附着的工件可直接送入干燥槽进行干燥。

此外,即使蒸发后,清洗剂的成分仍能保持不变,因此可以持续蒸馏和再生。这可将清洗剂和纯水的成本降至传统水基清洗系统的1/3~1/5。

图1 一液型水基清洗系统的概要

3.验证油滴生成的影响

本节介绍上述油滴生成的效果。如图 2 所示,Pine Alpha ST-252EVA中的有效成分在室温下通过与水分子形成氢键而水合,并以均一的形式存在。然而,当施加热能(如加热)时,分子运动被激活,有效成分与水分子之间的氢键被破坏。由于疏水作用,只有有效成分开始聚集,形成油滴。形成的油滴最终会变成油层,洗涤剂会分离成两层(油水分离)。在这种状态下,清洗剂的有效成分可以直接功击油性污渍,从而提高清洗效果。

图2 油滴生成的原理

表3展示了油滴产生效果对附着助焊剂(油污)的电路板的实际效果。可以看出,在常温下清洗时,焊锡周围可以看到助焊剂残留物,而在加热到60~70℃的温度下清洗时,随着油滴的产生,助焊剂的清洗得到了显著改善。

  
表3 Pine Alpha ST-252EVA的液温和清洗性的关系※1,2

4.通过改进干燥性提高生产率

随着电子元件的小型化和精密化发展,与此同时,通过大规模生产,成本也在不断降低。在制造现场,要求提高每单位时间的生产量,即所谓的吞吐量(生产能力)。清洗工艺也是如此,提高生产率的关键在于如何消除瓶颈(限制速度的工序)。

在清洗工序中,经过清洗-漂洗的工序后,烘干湿工件是最需要时间的。特别在传统的水基清洗系统中使用纯水作为漂洗剂时,干燥过程因其较高的蒸发潜热而成为整个过程的瓶颈。一般来说,要提高生产率,可以用酒精等低沸点溶剂代替纯水,或者安装多个干燥槽进行并行处理,但这两种方法都需要大量的资金投入。因此,漂洗剂本身干燥的难易程度对于缩短生产时间(工艺操作时间)和确保高效生产非常重要。

图3展示了 Pine Alpha ST-252EVA 和其他漂洗剂在80℃温度下随时间变化的重量变化。结果表明,该清洗剂的干燥速度虽然不如碳氢(市售)快,但比纯水快。经测定,纯水的蒸发潜热约为2260焦耳/克(≈540卡/克),Pine Alpha ST-252EVA 的蒸发潜热约为1550 焦耳/克(≈370卡/克),碳氢(市售)的蒸发潜热约为335焦耳/克(≈80卡/克),这表明蒸发潜热对这一结果有显著影响。

图3 各漂洗剂的重量变化※3

※3 各液体1.0g放入金属药罐,80℃下静置。

5.总结

一液型水基清洗剂『PINE ALPHA ST-252EVA』兼具传统水基清洗剂的安全性和非水基清洗剂的便利性,可满足希望减少废水和运行成本的水基用户以及希望提高安全性和减少环境影响的非水基用户的需求。荒川化学致力于进一步的技术开发,以在未来实现更高水平的性能,并将继续致力于环境保护和社会贡献。

※关于助焊剂清洗的相关问题和咨询:

TEL:上海(021)62375326或东莞 (0769)21666890

电子材料营业部

营业时间:9:00~17:30(双休日,法定节假日除外)

  

荒川化学中国网页:www.arakawachem.com.cn

清洗液专用网页:http://www.pinealpha.cn/

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