Инновационные технологии для электронной промышленности

Технология очистки печатных плат

Наверно никто не будет возражать, что качество и надежность любого изделия является его важнейшей характеристикой. Не исключение и электроника, причем как бытового, так и ответственного назначения, в которой цена ошибки может быть очень высокой. На надежность электронных изделий влияет очень много факторов и не последним в этом ряду является чистота поверхности [1, 2]. Чистота важна в первую очередь для того, чтобы на поверхности платы не осталось химических веществ, способных диссоциировать на ионы, и, следовательно, проводить электрический ток. Так же чистота важна для того, чтобы поверхность плохо смачивалась водой и для того, чтобы адгезия влагозащитного покрытия к поверхности изделия была максимальной. Иногда есть необходимость в очистке печатных плат перед монтажом. Это особенно актуально в тех случаях, когда на заводе-изготовителе на печатную плату нанесено консервационное покрытие, а также когда надо смыть остатки смазок, мелких частичек диэлектрика, оставшихся после механических операций и обезжирить контактные площадки для лучшего растекания припоя.

В данной статье мы разберем основные типы отмывочных жидкостей для очистки печатных плат до и после монтажа, а также технологию очистки. Под технологией мы будем понимать последовательность операций, осуществляемых для достижения требуемой чистоты поверхности, а также параметры процесса, такие как температура, время, наличие дополнительных механических воздействий – ультразвук, распыление, перемешивание и пр.

Так как основным загрязнением, возникающим в процессе пайки, являются флюсовые остатки, а также продукты реакции окислов с этими флюсами, то выбор отмывочной жидкости будет зависеть в первую очередь от типа используемого флюса. Очевидно, что водосмываемые флюсы следует смывать водой с добавлением обезжиривающего агента, а флюсы на основе канифоли тем, что способно растворить канифоль. Исторически канифольные флюсы смывались спиртобензиновой смесью, так как канифоль не плохо растворяется в спирте, а неполярные жировые и масляные загрязнения не плохо растворяется в бензине. Данная композиция очень не плоха, но только в одном случае – если для монтажа используются флюсы типа R или RMA, не содержащие таких активаторов, которые не будут растворяться в спирте. Также стоит отметить, что данная композиция химически не взаимодействует с флюсом и его остатками, а лишь растворяет их, что делает ее очень быстро истощаемой. Еще одним недостатком спиртобензиновой смеси является то, что она легковоспламеняема, а значит, требует особой осторожности при работе.

В последнее время очень часто для отмывки печатных плат стали использовать средства на водной основе. Они представляют собой водный раствор реагентов химически взаимодействующих с канифолью и переводящих ее в водорастворимое состояние. Примером жидкости на водной основе является АКВЕН 16 Такие растворы будут мыть гораздо дольше, чем спиртобензиновая смесь, их можно использовать при нагревании и в автоматическом оборудовании, но необходимо постоянно следить за концентрацией активного вещества. Еще одним важным недостатком таких жидкостей является то, что они имеют сильнощелочную реакцию среды и взаимодействуют с оловом паек. В результате внешний вид паек матовый из-за образования на их поверхности гидроксидов олова.

Отмывочные жидкости на основе MPC технологии не лишены тех же недостатков, но имеют ряд неоспоримых преимуществ – более долгий срок жизни в ванне и высокая отмывочная способность.

На взгляд авторов, наиболее эффективны для отмывки печатных плат жидкости на основе органических растворителей, способных растворять канифоль, с добавлением алканоламинов, химически взаимодействующих с канифолью и активаторами флюсов. До недавнего времени на российском рынке присутствовала только одна фирма, производящая жидкость такого типа – это компания Zestron с их линейкой одноименных продуктов. Наиболее распространенный из них – Zestron FA+®. Совсем недавно на рынке появилась аналогичная жидкость российского производстваАКВЕН 12. Эта жидкость при вдвое меньшей стоимости (по сравнению с Zestron FA+®) имеет все преимущества отмывочной жидкости такого типа. При этом АКВЕН 12 обладает значительно менее интенсивным запахом. Такие жидкости смывают остатки практически любых флюсов, кроме некоторых синтетических. Они имеют высокую точку вспышки и могут применяться в автоматическом оборудовании (кроме установок струйной отмывки распылением), у них длительных срок жизни в ванне, они не вызывают помутнения паек, не требуется аналитический контроль концентрации активного вещества, они смываются водой и достигается очень высокая чистота поверхности. Их основным недостатком является неустойчивость ряда маркировочных красок и эмали микросхем к данной жидкости. Но, необходимо отметить, что почти вся импортная элементная база выдерживает отмывку в таких растворителях.

После того, как мы разобрались со всеми типами жидкостей, применяемых для отмывки печатных плат и сборок, рассмотрим типичные технологические процессы отмывки. Начнем с отмывки в ультразвуковой ванне. Такой процесс реализуется в ряде последовательно расположенных ванн между которыми корзина с отмываемыми модулями перемещается либо вручную оператором, либо с помощью тельфера. В первой ванне находится отмывочная жидкость (при использовании концентрата, водный раствор отмывочной жидкости), нагретая до рабочей температуры. Как правило, температура отмывочной жидкости находится в интервале 40-55ºС. Необходимо помнить, что процесс омыления флюса – это химическая реакция, а скорость любой химической реакции при увеличении температуры на 10ºС возрастает в 2-4 раза. Также температура оказывает влияние на растворимость загрязнений в отмывочной жидкости – при увеличении температуры растворимость возрастает. Т.е. чем выше температура, тем быстрее и полнее очищаются модули. Но поднимать температуру выше 60ºС не рекомендуется, так как дальше уже могут идти процессы растворения не до конца полимеризованной смолы из печатной платы, маски и нарушение герметичности некоторых микросхем. Время отмывки в ультразвуке как правило составляет от 2 до 15 минут в зависимости от типа и количества загрязнений. Следует помнить, что ультразвук может повреждать некоторые компоненты (подробно эта проблема рассмотрена в ряде статей [3, 4]) и чувствительные компоненты необходимо либо доставлять после основной отмывки либо модули, содержащие такие компоненты должны отмываться другими методами (вручную, в струйном оборудовании, очистка в парах растворителя и т.д.). Как правило, после ультразвуковой отмывки идет стадия ополаскивания в отмывочной жидкости. Иногда эта стадия осуществляется в той же ванне после выключения ультразвука, иногда для этого есть отдельная ванна. Ополаскивание осуществляется при той же температуре, что и отмывка и при перемешивании. Перемешивание раствора достигается либо пузырьками воздуха (барботаж) либо нагнетаемыми струями жидкости (jet). Эта операция нужна для того, чтобы частички загрязений, оторванные от поверхности ультразвуком были смыты движущейся жидкостью, а также чтобы снять диффузионные ограничения растворения флюсовых остатков. Время ополаскивания отмывочной жидкостью, как правило, составляет 2-10 минут. Следующая операция – это ополаскивание в чистом растворителе. В зависимости от технологии этим растворителем может быть вода, спирт, чистая отмывочная жидкость (при использовании жидкостей с нейтральным pH). Очень хорошо, если на этой стадии используется теплая вода (или растворитель), так как при нагреве уменьшается поверхностное натяжение жидкости и она легче вымывает оставшиеся загрязнения и отмывочную жидкость из под низкосидящих компонентов. Заключительным этапом такой технологии является финишное ополаскивание. В водной и полуводной технологии оно осуществляется в деионизованной воде с сопротивлением не менее 1 МОм. После этого следует сушка для удаления воды или растворителя. Хотим обратить особое внимание на операцию сушки, так как необходимо удалить жидкость не только с поверхности, но и из под низкосидящих компонентов, отверстий и даже капилляров и пор, всегда присутствующих в стеклотекстолите.

Еще одна распространенная технология очистки печатных плат – отмывка струями жидкости (спрей-технология). Она применима только для водных растворов отмывочных жидкостей. В этом случае нагретый до 40-50ºС раствор распыляется через форсунки на отмываемую плату. Для того, чтобы не было теневых зон, в которые не может попасть отмывочная жидкость форсунки могут вращаться или же могут перемещаться корзины с платами. Расход отмывочной жидкости в этой технологии очень небольшой и, как правило, весь цикл отмывки осуществляется в одной камере автоматически, т.е. работа оператора заключается только в загрузке и выгрузки модулей из установки. Время струйной отмывки, как правило, больше, чем время ультразвуковой, так как ее эффективность несколько меньше и составляет 5-15 минут. После этого из камеры насосом откачивается отмывочная жидкость и подается вода для ополаскивания. Время ополаскивания 5-15 минут. Очень хорошо, если вода будет подогрета. Во многих автоматических установках струйной отмывки присутствует еще и финишное ополаскивание деионизованной водой время 2-5 минут и затем сушка.

Последняя технология, на которой хотелось бы остановиться в данной статье – это очистка в парах растворителя. Для такой очистки нужно специальное достаточно сложное оборудование и специальные жидкости. Их особенностью является то, что это либо индивидуальные растворители, либо азеотропные смеси (нераздельно кипящие). Сущность технологии заключается в том, что отмывочная жидкость находится под камерой очистки в открытом нагреваемом баке. При нагреве до температуры кипения жидкости (в большинстве случаев процесс ведется под вакуумом и температура киения растворителя не высока, в некоторых случаях не требуется и нагрев) она начинает интенсивно испарятся и в камере очистки мы имеем насыщенный пар растворителя. Пары конденсируются на поверхности модулей и растворяют загрязнения, а затем стекают обратно в бак с растворителем. Так как в парогазовую фазу переходит только чистый растворитель, то процесс все время происходит в чистом растворителе, а все загрязнения остаются в баке с растворителем. Преимущества данной технологии: всегда чистый растворитель. Отсутствие контакта персонала с парами растворителя, высокая проникающая способность молекул пара под низкосидящие элементы и как следствие высокая чистота. Недостатки – сложное дорогостоящее оборудование и специальные растворители.

 

На данный момент существует достаточно большое количество различных отмывочных жидкостей, но чтобы правильно выбрать подходящую именно вам надо понимать возможности имеющегося у вас или покупаемого оборудования и необходимую чистоту поверхности.

 

Литература
1. IPC-CH-65A Guidelines for Cleaning of Printed Boards and Assemblies, 1999

2. А. Медведев. Монтажные флюсы. Смывать или не смывать // Компоненты и технологии. 2001, №4 С. 96-98

3. А. Смирнов. Испытания на устойчивость электронных компонентов к воздействию ультразвука в процессе отмывки ПУ // Поверхностный монтаж. 2007, №3 С. 26-27

4. Новиков С. Какие компоненты можно мыть с ультразвуком // Поверхностный монтаж, 2009, № 2, с. 14-18, 2009, № 3, с

Яндекс.Метрика