Технологии в электронной промышленности №3'2012

Размышления о необходимости отмывки изделий

Клеменс Уилфред (Wilfried Clemens)


Перевод: Голубков Никита


Отмывка изделия — неотъемлемая часть качественного производства. В статье рассмотрены технические и экономические аспекты этого процесса.

Отмывке электронных печатных узлов уделяется особое внимание: производители регулярно отмывают платы как с косметическими целями, так и потому, что их необходимо очистить от флюса после пайки или перед нанесением конформного покрытия. Но вопреки всем проведенным до сих пор исследованиям и разработкам процесс отмывки по-прежнему нуждается в совершенствовании, проблемы в этой технологии остаются. Более того, высокий темп развития технологии производства ПП заставляет компании, выпускающие отмывочное оборудование, постоянно обновлять свою продукцию.

К насущным задачам можно отнести следующие:

  • поддержание имеющейся скорости производства;
  • подбор химикатов для отмывки и решение проблем их утилизации;
  • универсальность и экономичность оборудования.

Еще в недавнем прошлом варианты систем отмывки сводились либо к встраиваемой в линию машине с высокой производительностью, либо к малообъемной отмывочной установке. Встраиваемые в линию системы обычно представляли собой огромные машины, дорогостоящие при приобретении и в эксплуатации, но зато в большинстве случаев они были способны поддерживать высокий производственный темп. Таким образом, для отмывки печатных плат в серийном производстве требовалось много производственных площадей и финансовых вложений. Со временем компании стали более внимательно относиться к расходам как в отношении стоимости самого оборудования, так и в отношении занимаемого им места. В результате такого подхода все бóльшую популярность стали приобретать установки, в которых отмывка продукции производится партиями. Такое оборудование позволяет работать с большими объемами продукции, будучи при этом компактным и недорогим.

Если компания занимается контрактным производством (CEM-производитель), то отмывочные системы становятся для нее неотъемлемой частью парка оборудования, гарантирующего ее готовность к выполнению любого заказа. Тот же принцип можно применить и к установкам рентгеновского контроля. Все это означает, что CEM-производитель должен быть способен удовлетворить все пожелания заказчика, не забывая при этом о расходах на эксплуатацию своих машин.

Для того чтобы производство было рентабельным, необходимо учитывать абсолютно все расходы и постоянно искать способы их уменьшения. Те же правила действуют и для компаний, выпускающих собственную продукцию (OEM-производителей), которые также вынуждены искать экономически оправданные решения. Все это, конечно, не означает, что большие встраиваемые в линию отмывочные системы уходят в прошлое, просто их реже выбирают. Тем не менее необходимость высокоскоростной отмывки никуда не исчезает. Если у предприятия все-таки есть возможность отмывать изделия, не снижая производственный темп, то почему бы этого не делать?

Компания Kolb Cleaning Systems уже на протяжении многих лет разрабатывает машины для всевозможных вариантов отмывки, так же как и химические растворы для них. В процессе разработки инженеры Kolb постоянно анализируют отзывы заказчиков для повышения качества систем отмывки.

Специалисты Kolb долго работали на решением проблемы создания экономичной версии высокоскоростной системы отмывки, в результате чего рынку были представлены отмывочные машины с групповой загрузкой плат модели PSB600/500 (рис. 1), способные отмывать платы со скоростью около 10 с на одну плату евростандарта, при общей вместимости установки в 8,6 м2. При этом установки компактны и занимают всего порядка двух квадратных метров производственной площади, включая пространство, необходимое для проведения технического обслуживания.

Примеры различного расположения изделий

Рис. 1. Примеры различного расположения изделий в установке отмывки при групповой загрузке

Очевидно, что эксплуатационные расходы при отмывке зависят от множества факторов, таких как выбор отмывочной химии, расход деионизированной воды, уровень загрязнения продукции и др., но одной из важнейших задач инженеров Kolb было создание машины с минимальным потреблением электроэнергии. В любой отмывочной машине энергия в основном расходуется на работу электродвигателей, насосов, сушки и очистителей воды, в случае если последняя необходима. Прочие компоненты, такие как элементы управления и датчики, тоже потребляют энергию, но эта величина крайне мала и для всех машин примерно одинакова. Ключевые факторы энергопотребления — это работа двигателей, насосов и устройств сушки. Kolb разработала системы отмывки, потребляющие примерно 2,3 кВт энергии за один цикл.

Для достижения низкой стоимости эксплуатации система отмывки должна сочетать в себе все вышеупомянутые качества. Производство таких устройств, как мобильный телефон, обычно работает с темпом 15 секунд на одну единицу продукции, и установка отмывки должна соответствовать данному параметру. Одна плата евростандарта за десять секунд — это скорость, соответствующая производству сложной бытовой и промышленной аппаратуры. И хотя такие машины с групповой загрузкой, как следует из названия, не предназначены для встраивания в линию в силу особенностей конструкции, они могут и должны работать вместе с ней. При этом такое оборудование, естественно, должно быть способно не отставать от реального производственного темпа.

Установки Kolb с групповой загрузкой являются очень гибкими, они позволяют отмыть продукт любого размера и формы тогда, когда это будет необходимо (рис. 2). Нет нужды в корректировке ширины конвейера, благодаря чему сразу за партией европлат можно загружать партию плат любого другого типа. Если вам необходимо отмывать миллионы единиц одинаковой продукции и вы готовы к существенным затратам, тогда, возможно, конвейерная машина — по-прежнему отличный выбор для вас. Однако такое встречается крайне редко, и именно поэтому машины с групповой загрузкой наиболее удобны и наилучшим образом подходят для предприятий, занимающихся контрактным производством.

В загрузочных поддонах можно одновременно размещать продукцию

Рис. 2. В загрузочных поддонах можно одновременно размещать продукцию как одного, так и нескольких видов

В наше время все больше и больше электронных модулей покрывается слоем влагозащитного лака. Дискуссии на тему — отмывать или нет плату перед нанесением такого покрытия — ведутся уже давно. Разработки Kolb упростили принятие решения. Вместо того чтобы смириться с риском того, что плата может остаться загрязненной перед нанесением конформного покрытия, мы можем просто отмыть ее в ходе технологического этапа, стоимость которого ничтожна.

При пайке таких компонентов, как BGA, Flip-Chip, или низкопрофильных компонентов особенно остро стоит проблема удаления остатков флюса. Остатки припоя могут оставаться на платах, причем зачастую его трудно заметить. Именно поэтому системы отмывки, способные справиться с такими проблемами, давно стали обязательным оборудованием для большинства производителей.

Хотя сегодня тестеры с матрицами щупов используются гораздо реже, чем 20 лет назад, их до сих пор применяют многие компании. Большинство производителей убедились, что одной из немаловажных статей расходов на тестирование является замена вышедших из строя щупов. Наличие остатков флюса и другие загрязнения существенно влияют на их срок службы. Поэтому отмывка изделий — это реальная возможность уменьшить расходы и на этапе электроконтроля.

Немаловажной проблемой в технологии процесса отмывки является подбор отмывочного раствора. Для решения этой проблемы необходимо учитывать не только способность выбранного средства отмыть изделие в соответствии с заданными требованиями, но и такие факторы, как:

  • совместимость отмывочной жидкости и используемого оборудования;
  • безопасность использования отмывочного раствора;
  • затраты на использование и утилизацию отмывочных химикатов.

Причем к затратам следует отнести не столько стоимость литра отмывочного средства, сколько средний расход его на одну партию. Последний показатель напрямую зависит от свойств самой жидкости, вида отмывочной машины (тут опять же выигрывают машины групповой загрузки) и типа загрязнения. Именно поэтому то, насколько правильно подобран отмывочный раствор, отражается как на конечном результате, так и на стоимости всего процесса отмывки.

Таким образом, получается, что для того, чтобы затраты на химию были минимальны, необходимо выбрать жидкость, которая не просто бы очищала изделие, но делала бы это быстрее и качественнее остальных на имеющемся оборудовании. Это означает, что при внедрении этапа отмывки в технологический процесс изготовления электронного узла недостаточно просто подобрать машину, а потом выбрать отмывочную жидкость. Необходимо выработать комплексное решение, которое обеспечивает выполнение условий технического задания и при этом требует минимальных затрат, как финансовых, так и трудовых. Найти такое решение не всегда бывает просто, особенно если поставщиком отмывочной химии является одно предприятие, а производителем отмывочных машин — другое.

Намного лучше, эффективнее и надежнее, когда такое решение может предложить один поставщик, который в ответ на запрос может сказать: «При использовании данных паяльных материалов с отмывкой вашего изделия лучше всего справится такой-то отмывочный раствор. И при работе на выбранной установке расход этой жидкости будет составлять такую-то величину». При таком подходе заказчик точно знает, за что он платит деньги, и может спрогнозировать затраты на отмывочную химию.

Kolb — одна из немногих фирм в мире, которая помимо разработки и производства отмывочного оборудования производит и растворы для отмывки. Естественно, это вовсе не означает, что отмывочные средства Kolb нельзя использовать в установках других компаний, а оборудование Kolb не будет работать с химией другого производителя. Более того, благодаря тому, что все отмывочные растворы Kolb выполнены на водной основе, они универсальны, взрывобезопасны и не требуют каких-то специальных средств утилизации. Их использование в целом обходится дешевле, чем использование спиртовых растворителей, при этом по очищающим способностям жидкости Kolb не уступают последним. Для достижения максимального результата специалисты фирмы Kolb разработали большое количество различных видов растворов для отмывки, что позволяет производителю подобрать наиболее подходящий для его нужд вариант. Но это, опять же, вовсе не означает, что ту или иную жидкость можно использовать только под определенное изделие и никакое больше.

Низкая эксплуатационная стоимость и высокая скорость отмывки машин Kolb — эти параметры необходимо принимать во внимание, когда нужно принять решение относительно той продукции, отмывка которой на других машинах просто нерентабельна. Таким образом, добавочная стоимость на отмывку изделия измеряется настолько малым значением, что практически не влияет на конечную цену для заказчика.

Часто говорят, что чем меньше этапов в технологическом процессе, тем меньше вероятность возникновения брака. Это правда, но везде есть свои исключения. Отмывка — это действительно дополнительный этап технологического процесса, в котором возможны свои проблемы, однако в целом отмывка делает процесс более надежным. Так что же является источником риска в данном случае? Проследить причины брака и сравнить их относительно легко. Но самый простой способ решить вопрос о необходимости отмывки — сравнить качество производства «с отмывкой» и «без нее» и понять, где больше плюсов.

Сегодня существуют сотни вариантов технологических процессов изготовления электронных узлов, однако необходимость включения в них отмывки очевидна. Отмывка изделия — неотъемлемая часть качественного производства.


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

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