Технологии в электронной промышленности №4'2006

Отмывка после пайки бессвинцовыми материалами. Есть ли противоречия?

Антон Большаков


В последние годы национальные и международные профессиональные ассоциации и рабочие группы подготовили много отчетов и публикаций о применении бессвинцовых материалов. В результате появилась различная информация об альтернативных бессвинцовых паяльных материалах и технологиях их применения.


В области отмывки печатных узлов вопросы остаются. Большинство исследователей считает, что более высокие температуры пайки в сочетании с активными флюсами усложняют процессы отмывки. Встречаются мнения о том, что для отмывки требуется большая интенсивность механической активации, увеличение концентрации отмывочных жидкостей, изменение параметров. И связано это с тем, что бессвинцовая пайка осуществляется при большей температуре, чем с припоями и пастами, содержащими свинец, а эффективность отмывки зависит от качества отмывочного средства, точки плавления припоя, свойств флюса.

Как же обстоят дела на самом деле?

Таблица 1. Паяльные пасты, участвующие в эксперименте

Заслуживающие внимания эксперименты были проведены Технологическим университетом Мюнхена в сотрудничестве с компанией ZESTRON. Для экспериментов были отобраны 25 образцов паяльных паст 13 различных производителей как с широко предлагаемыми бессвинцовыми сплавами, содержащими серебро, так и с альтернативными сплавами.

В таблице 1 представлены сплавы и краткое описание флюсов паяльных паст, участвовавших в эксперименте.

При переходе на бессвинцовую технологию существует два важных момента, влияющих на процесс отмывки:

  • повышение пиковой температуры пайки с 225 до 245-260 °С (за исключением сплава Sn/Bi). В результате воздействия более высокой температуры на флюсующую композицию остатки флюса удалить значительно тяжелее;
  • отсутствие опыта в удалении остатков флюсов бессвинцовых материалов.

Испытания состояли из двух этапов: проверки способности промывочных жидкостей удалять неоплав-ленную паяльную пасту и проверки способности промывочных жидкостей удалять остатки флюса паяльных паст после пайки (рис. 1).

Рис. 1. Остатки флюса после воздействия высоких температур при пайке

Этап 1. Удаление неоплавленной паяльной пасты с трафаретов и печатных плат

При нанесении паяльной пасты требуется регулярная очистка трафаретов с нижней стороны (в процессе работы) и периодическая очистка трафаретов полностью (после смены, в специализированном оборудовании).

Кроме того, в технологическом процессе сборки печатного узла могут возникать дефекты, связанные с неправильным нанесением паяльной пасты, например, из-за плохого совмещения трафарета и печатной платы. В этом случае необходимо удалить неоплавленную паяльную пасту и вернуть печатные платы на сборку (рис. 2).

Для проверки возможности удаления не-оплавленных паяльных паст с трафаретов и печатных узлов были отобраны три промывочные жидкости:

  • промывочная жидкость на основе спиртовых модифицированных соединений ZESTRON SD 300;
  • промывочная жидкость на основе МРС-тех-нологии VIGON SC 200;
  • щелочная промывочная жидкость на основе ПАВ.
Рис. 2. Пример дефекта трафаретной печати. Паяльная паста нанесена со смещением

При проведении эксперимента неоплавлен-ные паяльные пасты удалялись с трафаретов и печатных узлов в стандартном оборудовании очистки. Режимы очистки указаны в таблице 2.

После очистки трафареты и печатные платы проверялись визуально под микроскопом с 10-кратным увеличением на наличие остатков паяльных паст и блокирование окон трафарета.

Таблица 2. Режимы очистки при удалении неоплавленной паяльной пасты

 

Рис. 3. Структурная схема ванной системы отмывки

В результате теста выяснилось, что все промывочные жидкости удаляют остатки паяльных паст. Однако было определено, что наиболее быстрый процесс отмывки обеспечивается при применении промывочных жидкостей ZESTRON SD 300 и VIGON SC 200:

1) Процесс очистки ZESTRON SD 300: 2-3 минуты;

2) Процесс очистки VIGON SC 200: 3-4 минуты;

3) Процесс очистки в ПАВ: 5-6 минут.

Этап 2. Удаление остатков флюсов после пайки

Для проверки возможности удаления остатков флюсов бессвинцовых паяльных паст все испытуемые образцы были нанесены через ручной трафарет на стандартные тестовые печатные платы и оплавлены с применением температурных профилей, указанных производителями для каждой из них.

Далее тестовые печатные платы подвергались трем различным процессам отмывки (табл. 3).

Таблица 3. Процессы отмывки

 

Рис. 4. Система струйной отмывки Aqueous Technologies

После отмывки тестовые платы контролировались визуально под микроскопами с 40-кратным увеличением на наличие остатков флюса, проводился контроль на присутствие ионных загрязнений и окончательно проверялось наличие активаторов с использованием теста ZESTRON FLUX TEST.

Визуальный контроль не выявил серьезных дефектов отмывки. Только на 5% контролируемых печатных плат локально наблюдался белый налет. После подбора режимов отмывки дефект не был обнаружен.

Измерение ионных загрязнений показало очень высокую степень чистоты 0,06 мкг/см2 в пересчете на NaCl при оговариваемом стандартом ANSI/J-STD-001 уровне загрязнений не более 1,56 мкг/см2 (рис. 5).

Рис. 5. Результаты измерений ионных загрязнений тестируемых печатных плат

Рис. 6. Контроль качества отмывки с использованием теста на остатки активаторов ZESTRON FLUX TEST а) до отмывки; 6) после отмывки в ZESTRON FA+; в) после отмывки в VIGON A200; г) после отмывки в ПАВ

Таблица 4. Результаты ипытаний промывочных жидкостей

Условные обозначения

+ Легко удаляется при стандартных режимах отмывки

о Удаляется при подборе технологических параметров отмывки (длительности, температуры, интенсивности механической агитации]

Параметры испытаний

(в зависимости от типа промывочной жидкости): 2-10 минут при температуре 25-50 °С.

Контроль испытуемых печатных плат с использованием теста на наличие активаторов ZESTRON FLUX TEST позволил подтвердить наличие дефектов 5% печатных плат, отмытых ZESTRON FA+ и VIGON A200, и выявил наличие дефектов на 20% печатных плат, отмытых с использованием щелочных ПАВ. Увеличение количества дефектов связано с тем, что многие современные флюсы оставляют прозрачные, плохо различимые остатки и визуально их обнаружить очень сложно.

Таким образом, совместное использование методов количественного измерения ионных загрязнений и качественного контроля наличия активаторов цветовым индикатором дополняют друг друга, позволяя снизить до минимума вероятность пропуска загрязнений при контроле после отмывки.

После оптимизации процессов отмывки на печатных платах не были выявлены загрязнения ни одним из методов контроля. Стоит отметить, что оптимизация процессов отмывки с использованием щелочных ПАВ потребовала более тщательного подбора режимов.

Заключение

1.  Не выявлено серьезных отличий при очистке трафаретов и печатных плат при бессвинцовой и традиционной технологии.

2.  При удалении остатков флюсов бессвинцовых паяльных паст наблюдалось увеличение количества остатков активаторов при сохранении низкого уровня ионных загрязнений. При этом для процессов с применением промывочных жидкостей выявлены следующие результаты:

а.  Для промывочных жидкостей ZESTRON FA+, VIGON A200:

-  На 95% контролируемых печатных плат все остатки флюса удалились без изменений режима отмывки.

-  Только 5% тестируемых печатных плат для удаления загрязнений потребовалось изменение режимов отмывки.

б. Для щелочных промывочных жидкостей на основе ПАВ:

-  20% тестируемых печатных плат потребовали изменения режимов отмывки, после чего не выявлялись загрязнения. Количество дефектных плат оказалось в 4 раза больше, чем при использовании промывочных жидкостей ZESTRON FA+, VIGON A200.

Итак, переход на бессвинцовую технологию пайки не вносит серьезных изменений в технологические процессы отмывки, если применяются промывочные жидкости ZESTRON FA+, VIGON A200 (табл. 4), при этом большое значение имеет правильный подбор режима отмывки.                                                     

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо

Cisco asa 5500
Купить Cisco у нас сегодня можно! Сетевое оборудование по низким ценам
cbs.ru
Набор для шугаринга LETS EPIL
Интернет-магазин наборов для вышивания. Медицинские инструменты и наборы
epilmarket.ru
Кастрюли купить
Выберите качественную кастрюлю и купите дешево в интернет-магазине
koch96.ru