Как выбор промывочной жидкости может снизить расходы на отмывку?

Когда отмывка дешевле, чем ее отсутствие?

Зачем тратить деньги на отмывку? Потому что этот процесс бывает гораздо дешевле, чем его отсутствие. Например, при производстве изделий для ответственных областей применения (рис. 1). Здесь долговременная надежность и качество стоят на первом месте. И от того, насколько качественно осуществлена отмывка, будет зависеть работоспособность изделия в течение его жизненного цикла.

Электроника, которую выпускает конкретная компания, должна соответствовать всем требованиям заказчика. И для производителя одновременно важно обеспечить наименьшую стоимость отмывки в пересчете на печатный узел. При этом параметры, позволяющие оценить стоимость отмывки, зачастую не поддаются непосредственному вычислению или количественному измерению и могут проявляться только после внедрения процесса в эксплуатацию.

Главным критерием здесь может быть только оценка стоимости отмывки и ее влияние на себестоимость изделия, выраженную на единицу площади или на печатный узел. И тут возникает вопрос: «Как реалистично оценить стоимость отмывки?» А затем: «Как снизить издержки?»

Рис. 1. Стоимость отказа в жизненном цикле печатного узла

Технология отмывки как ключевой параметр

Процесс отмывки и его стоимость в первую очередь зависят от выбора типа промывочной жидкости. Сравнение одного из классов профессиональных промывочных жидкостей — жидкостей на спиртовой основе и спирто-бензиновой смеси — было приведено в статье «Как сэкономить деньги при отмывке изделий электроники?» в бюллетене «Поверхностный монтаж» № 10 за 2004 год.

Другой класс промывочных жидкостей — это жидкости на водной основе. В нем можно выделить две группы:

• промывочные жидкости на основе технологии поверхностно-активных веществ (ПАВ);
• промывочные жидкости на основе технологии Micro Phase Cleaning (MPC⁸), разработанной и запатентованной компанией Zestron.

Основное и принципиальное различие процесса отмывки с их применением — в механизме удаления загрязнений, что в итоге влияет на эффективность, срок действия промывочной жидкости в системе отмывки и общую стоимость процесса. Исторически ПАВ появились раньше, чем МРС-технология. Однако новые технологии требуют других подходов к отмывке. Цель последних разработок — избежать недостатков, присущих ПАВ, и добиться снижения стоимости процесса.

Особенность работы ПАВ заключается в том, что после удаления загрязнений активные компоненты промывочной жидкости остаются связанными с частицами загрязнений.

Жесткая связь активных компонентов ПАВ с удаленными частицами загрязнений приводит к постоянному истощению промывочной жидкости и, как следствие, к частой смене моющего раствора. Поэтому результат отмывки нестабилен и постоянно изменяется. Обычно требуется менять раствор два-три раза в неделю.

Следует отметить, что ПАВ обладают существенно меньшей очищающей способностью и неэффективны при удалении сложных загрязнений, например таких, как высокополимеризованные остатки флюса и остатки бессвинцовых флюсов. В подтверждение этого можно процитировать статью, посвященную применению ПАВ: «Отмывка остатков флюса после пайки с применением бессвинцовых материалов в целом требует большей интенсивности: увеличения концентрации отмывочных средств, времени воздействия, температуры и пр. Повышенная интенсивность отмывки необходима вследствие увеличения количества остатков флюсов после пайки и их устойчивости к воздействию отмывочных средств…»

ПАВ являются гигроскопическими и из-за этого могут оставаться на очищенной поверхности, создавая эффект белого налета; они притягивают воду, что приводит к таким нежелательным последствиям, как электрохимическая коррозия и миграция. Более того, это может снизить адгезию при нанесении влагозащитного покрытия (рис. 2).

Рис. 2. Принцип работы ПАВ

МРС-технологии, в отличие от ПАВ, — это промывочные жидкости на водной основе с уникальными активными компонентами — микрофазами. Эти активные компоненты работают как средство перемещения загрязнения с поверхности в водную среду (рис. 3), не образуя жестких связей с частицами загрязнений. Далее загрязнения удаляются из водного раствора обычными механическими фильтрами. Таким образом, промывочная жидкость постоянно регенерируется, а микрофазы вновь готовы удалять загрязнения.

Рис. 3.
а) ПАВ — фильтрация невозможна (быстрое истощение жидкости);
б) МРСв-технология (загрязнения выпадают в осадок, фильтрация позволяет регенерировать промывочную жидкость)

Этот механизм похож на впитывание грязи губкой. После того как губка выжата, ее можно использовать снова.

Сравнивая стоимость отмывки ПАВ и МРС, следует учесть ее основные составляющие — срок действия промывочной жидкости и стоимость обслуживания ванны во время замены промывочных жидкостей.

При использовании ПАВ требуется частая замена жидкости в ваннах, что увеличивает затраты на свежую промывочную жидкость, утилизацию, время обслуживания и заработную плату персоналу. Увеличивается и время контакта обслуживающего персонала с используемыми в ПАВ веществами, влияющими на здоровье людей. Поэтому общая стоимость отмывки растет.

Рис. 4. Принцип работы МРСв-фаз

Процесс отмывки с применением МРС-технологии (рис. 4) более экономичен благодаря длительному сроку действия и снижению расходов на свежую промывочную жидкость и утилизацию. Регулярная фильтрация препятствует достижению максимального уровня загрязнения промывочной жидкости в ванне (рис. 5).

Рис. 5.
а) Нестабильные результаты отмывки — дорогая утилизация, частая смена моющего раствора;
б) широкое окно процесса — постоянные результаты отмывки, не требуется частая смена раствора в ванне

Приведем расчет стоимости на примере одной из отечественных компаний. Производственная программа предприятия составляет 160 европлат в смену, и перед ним стоял выбор: какую из промывочных жидкостей на водной основе применять:

• VIGON US, выполненную по МРС^в-тех-нологии, производства компании Zestron;
• ПАВ производства канадской фирмы, она недавно появилась на отечественном рынке.

При анализе использовалась информация, находящаяся в широком доступе.

Разобьем расчеты на последовательные шаги (табл. 1). Таким образом, очевидный на первый взгляд выбор приводит к потерям около 5,5 руб. на каждом печатном узле. Если разлить требуемое для такой программы выпуска количество ПАВ в канистры по 25 литров и поставить их друг на друга, то получится колонна высотой более 6000 м! Для сравнения, самая высокая на Земле гора Эверест (Джомолунгма) имеет высоту 8848,45 м над уровнем моря. Если такую же процедуру проделать с VIGON* US, то получится колонна высотой всего около 3 м. Стоимость простоя и обслуживания ванны (90 раз) и контроль концентрации при замене жидкости в ванне только увеличит разницу в стоимости отмывки.

Еще один немаловажный фактор — это безопасность промывочной жидкости для здоровья персонала и окружающей среды, и он имеет большое значение при выборе такой жидкости.

Международная классификация по безопасности проводится в соответствии с классификатором HIMS (влияние на здоровье -огнеопасность — химактивность). По этой классификации значение «0» присваивается при наименьшей угрозе, а «3» — при наибольшей.

ПАВ имеет классификацию 2-0-0. То есть этот состав классифицируется как раздражающий компонент с достаточно высокой степенью опасности из-за содержания гликоль-эфира (15-40%) и 2-амино-этанола (порядка 15-40%). При длительном контакте с кожей или попадании в глаза есть опасность получения химических ожогов и хронических заболеваний. Для сравнения — VIGON* US имеет классификацию 0-0-0.

Поэтому ПАВ требует специальных условий транспортировки и маркировки, что увеличивает стоимость самого состава и его утилизации. Из-за таких свойств важно предупредить попадание ПАВ в канализацию.

Таблица. 2. Промывочные жидкости с применением МРС^в-технологии

Основные различия промывочных жидкостей приведены в таблице 3.

Пять преимуществ МРС-технологии

1. Минимальные расходы на отмывку за счет длительного срока действия в ванне, низкая стоимость технического обслуживания.
2. Исключительно высокая очищающая эффективность и поглощающая способность. Удаляет остатки большинства типов флюсов, в том числе и бессвинцовых.
3. Отработанные режимы отмывки на оборудовании большинства производителей.
4. Безопасна для здоровья персонала и экологичны.
5. На основе МРС-технологии разработаны промывочные жидкости для всех основных способов отмывки с применением ультразвука, барботажа и струйной отмывки.