Технологии в электронной промышленности №3'2009

Возможна ли отмывка бессвинцовых и свинецсодержащих печатных узлов в едином процессе?

Вячеслав Ковенский

Введение директив RoHS и WEEE, ограничивающих применение свинца и ряда других металлов при производстве электроники, привело к изменениям в технологическом процессе производства и повлекло за собой использование новых паяльных материалов для печатных узлов.

Известно, что в большинстве случаев при отмывке остатков бессвинцовых паяльных материалов требуемое качество может быть достигнуто без существенных изменений в технологии при условии, что используются современные отмывочные жидкости — ZESTRON FA+, Vigon A250, Vigon US и др.

Однако открытым остается другой, не менее важный вопрос: существует ли опасность загрязнения бессвинцовых печатных узлов свинцом в результате отмывки печатных узлов со свинцом и без свинца в едином процессе? И вообще, возможна ли отмывка бессвинцовых и свинецсодержащих печатных узлов в едином процессе? Специалисты компании ZESTRON провели исследование отмывки печатных узлов со свинцом и без свинца в едином процессе и пришли к любопытным выводам.

Теоретическая основа

Большинство существующих сегодня процессов отмывки печатных узлов основаны на применении щелочных растворов.

Существует предположение: свинец, содержащийся в традиционных паяных соединениях, в процессе отмывки может растворяться в отмывочной жидкости. При отмывке печатных узлов со свинцом и без свинца в едином процессе растворенный в отмывочной жидкости свинец может осаждаться на бессвинцовые печатные узлы и тем самым вызывать их загрязнение. И чем больше количество свинца, растворенного в отмывочной жидкости, тем существеннее может быть загрязнение.

Возможность и степень загрязнения свинцом бессвинцовых печатных узлов зависит от следующих факторов:

  • растворимость свинца в отмывочной жидкости;
  • температура отмывочной жидкости;
  • значение pH отмывочной жидкости;
  • время отмывки;
  • концентрация примесей.

Рассмотрим вопросы: происходит ли загрязнение свинцом бессвинцовых печатных узлов во время отмывки и как вышеизложенные факторы могут влиять на процесс загрязнения?

Исследование загрязнений рабочего раствора отмывочной жидкости свинцом

На первом этапе работы для определения типичного уровня загрязнений отмывочных жидкостей свинцом специалисты компании ZESTRON отобрали и проанализировали образцы рабочих растворов двух типов отмы- вочных жидкостей на основе MPC-технологии. Все образцы были взяты на различных действующих производствах (среди которых крупно- и мелкосерийные, многономенклатурные, выпускающие изделия специального назначения) и хорошо отражают реальную ситуацию.

В результате данного анализа удалось установить, что количество свинца, растворенного в отмывочной жидкости, не имеет линейной зависимости с количеством отмытых ранее в растворе печатных узлов (рис. 1). Максимальный уровень растворенного в жидкости свинца был всегда ниже 10 мг/л. Данное значение было зафиксировано и использовано как эталонное при последующих работах.


Рис. 1. Уровень загрязнения свинцом различных отмывочных жидкостей на основе MPC-технологии: а) отмывочной жидкостью А; б) отмывочной жидкостью B

Предварительное рентген-исследование печатных узлов

Для определения уровня содержания свинца в образцах печатных узлов до отмывки был проведен их предварительный анализ.

Потенциально возможные загрязнения определялись неразрушающим методом на основе рентгенофлуоресцентной технологии (XRF Technology).

Согласно требованиям директивы RoHS и WEEE допустимым количеством свинца в печатных узлах является 0,1% от веса. Установлены ограничения и относительно других вредных металлов, например кадмия (0,01%), ртути (0,1%) и т. д.

В нашем случае результат измерений содержания свинца на поверхности бессвинцовых печатных узлов до отмывки варьировался от 0,0 до 0,3 мг/см2, что соответствует требованиям RoHS и WEEE. В свою очередь, результаты измерений свинецсодержащих печатных плат показали от 3,0 до 5,0 мг/см2.

Два дополнительных образца (бессвинцовый и свинецсодержащий) были проанализированы специально разработанным RoHS тестовым методом. На рис. 2 приведен спектр, полученный в результате данного теста, он отражает состав каждого образца.


Рис. 2. Сравнение состава печатных узлов: а) бессвинцового; б) содержащего свинец

Результат исследования показал, что используемые при опыте бессвинцовые печатные узлы до отмывки полностью отвечали требованиям RoHS и WEEE.

Лабораторный анализ загрязнения печатных узлов свинцом из рабочего раствора

На данном этапе следовало определить, происходит ли загрязнение бессвинцовых печатных узлов свинцом из рабочего раствора MPC-жидкостей во время отмывки, и какие факторы влияют на возможность или скорость осаждения свинца из рабочего раствора отмывочной жидкости.

Для решения задачи были подготовлены растворы жидкостей на основе MPC-технологии с различным количеством свинца (50 и 100 мг/л). В процессе опыта варьировались стандартные параметры процесса отмывки.



Рис. 3. Результаты рентген-исследования содержание свинца на образце содержание свинца после 1 цикла ополаскивания содержание свинца после 2 циклов ополаскивания

Для получения статистики распределения возможных загрязнений поверхность печатных узлов была условно разделена на три части: верхняя (В), средняя (С) и нижняя (Н). Результаты рентген-исследования приведены на рис. 3:

    Опыт 1:
  • Концентрация отмывочной жидкости — 15%.
  • Содержание солей свинца — 50 мг/л.
  • Время отмывки — 5 минут.
  • Температура — комнатная.
    Примечание 1. В данном случае после отмывки бессвинцовые печатные узлы соответствуют требованиям директив RoHS и WEEE.
    Опыт 2:
  • Концентрация отмывочной жидкости — 15%.
  • Содержание солей свинца — 100 мг/л.
  • Время отмывки — 5 минут.
  • Температура — комнатная.
    Примечание 2. Увеличение количества солей свинца в растворе отмывочной жидкости не привело к существенным изменениям количества осажденного свинца. Печатные узлы соответствуют требованиям директив RoHS и WEEE.
    Опыт 3:
  • Концентрация отмывочной жидкости — 15%.
  • Содержание солей свинца — 50 мг/л.
  • Время отмывки — 5 минут.
  • Температура — 50 °C.
    Примечание 3. Увеличение температуры отмывки до 50 °C не привело к значительным изменениям количества осажденного свинца. Печатные узлы соответствуют требованиям директив RoHS и WEEE.
    Опыт 4:
  • Концентрация отмывочной жидкости — 15%.
  • Содержание солей свинца — 50 мг/л.
  • Время отмывки — 5 минут.
  • Температура — 65 °C.
    Примечание 4. Увеличение температуры отмывки до 65 °C не привело к значительным изменениям количества осажденного свинца. Печатные узлы соответствуют требованиям директив RoHS и WEEE.

Таким образом, исследования показали, что после отмывки даже при достаточно жестких параметрах процесса содержание свинца на бессвинцовых печатных узлах не превышало 0,3 мг/см2, что соответствует требованиям директив RoHS и WEEE. Дополнительный цикл ополаскивания не привел к значительным изменениям количества свинца.

Лабораторный анализ не выявил недопустимых загрязнений бессвинцовых печатных узлов свинцом из рабочего раствора жидкостей на основе MPC-технологии.

Воспроизведение отмывки печатных узлов со свинцом и без свинца в едином процессе

Эксперимент проводился в стандартной установке струйной отмывки при концентрации рабочего раствора MPC-жидкости 15%. Для достижения типового значения содержания свинца в растворе предварительно были отмыты пятьсот свинецсодержащих печатных узлов, что позволило обеспечить содержание свинца в растворе 6,3 мг/л.

Отмывка бессвинцовых печатных узлов проводилась в загрязненном свинцом растворе при разных температурах и длительности. Наличие свинца на печатных узлах после отмывки определялось рентгенофлуоресцентным методом. Так же, как и на предыдущем этапе, измерения проводились на однородных областях тестируемых печатных узлов, а данные объединены в три группы. Результаты эксперимента приведены в таблице.

Таблица. Степень загрязнения свинцом бессвинцовых печатных узлов после отмывки


опыта
Темпе-
ратура,
°C
Время
отмыв-
ки, с
Содержание свинца, мг/см2
Верхняя
часть
Средняя
часть
Нижняя
часть
1 50 120 0 0,180 0
2 50 260 0,115 0 0
3 60 120 0,212 0,124 0,115
4 60 260 0 0,196 0,098
5 70 120 0,94 0,108 0,202
6 70 260 0,205 0,120 0

В нашем случае отмывка печатных узлов со свинцом и без свинца в едином процессе не привела к нарушению требований нормативных документов RoHS и WEEE.

Подведение итогов

Работа включала в себя ряд независимых исследований. Каждый из этапов проделанной работы очень важен и позволяет лучше понять возможность организации единого процесса отмывки печатных узлов со свинцом и без свинца.

Следует отметить, что результат данного эксперимента применим только для производств, использующих отмывочные жидкости на основе MPC-технологии, примером которых являются Vigon A250, Vigon A300, Vigon US. Дело в том, что растворимость свинца в отмывочной жидкости определяется, в том числе, и типом жидкости. Например, традиционные отмывочные жидкости на основе ПАВ (поверхностно-активные вещества) с высоким значением pH могут растворять большее количество свинца, а значит, вероятность загрязнения бессвинцовых печатных узлов при едином процессе отмывки с использованием ПАВ может быть выше.

В нашем случае результат показал, что отмывка бессвинцовых и свинецсодержащих печатных узлов в едином процессе с применением отмывочных жидкостей на основе MPC-технологии возможна. Даже после отмывки в жестких условиях (повышенная температура, увеличенное время) печатные узлы не содержат загрязнений свинца в количестве, превышающем оговоренный директивами RoHS и WEEE уровень 0,1%.

Заключение

Если обратиться к опыту прошлых лет [1] и учесть результат настоящей работы, можно с уверенностью сказать, что использование эффективных процессов отмывки с применением современного оборудования и отмывочных жидкостей компании ZESTRON на основе MPC-технологии (Vigon A250, Vigon A300, Vigon US) позволяет:

  • обеспечить высокое качество отмывки остатков большинства паяльных материалов, в том числе и бессвинцовых;
  • организовать отмывку бессвинцовых и свинецсодержащих печатных узлов в едином процессе.

Таким образом, решения компании ZESTRON в очередной раз подтверждают свою эффективность и применимость к различным задачам. Они сохраняют свою актуальность как для свинецсодержащей, так и бессвинцовой технологии производства.

Литература

  1. Отмывка после пайки бессвинцовыми материалами. Есть ли проблемы? // Поверхностный монтаж. 2006. № 2.

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

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