отправка...Технология очистки печатных плат
Татьяна Кузнецова
Ксения Кайдалова
Не секрет, что качество и надежность любого
изделия — одни из его важнейших характеристик. Не исключение и электроника, особенно ответственного назначения, в которой цена
ошибки может быть очень высокой. На надежность
электронных изделий влияет очень много факторов,
и среди них — чистота поверхности [1, 2]. Она необходима в первую очередь для того, чтобы на поверхности печатной платы не осталось химических веществ,
способных диссоциировать на ионы и, следовательно,
проводить электрический ток. Чистота поверхности
важна и для того, чтобы поверхность имела плохую
смачиваемость водой, а адгезия влагозащитного покрытия к поверхности изделия была максимальной.
Иногда существует необходимость в очистке печатных
плат перед монтажом. Это особенно актуально в тех
случаях, когда на заводе-изготовителе на печатную
плату наносится консервационное покрытие, а также
когда необходимо смыть пятна смазок, мелких частичек диэлектрика, оставшихся после механических
операций, и обезжирить контактные площадки для
лучшего растекания припоя.
Так как основными загрязнениями, возникающими 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 — такой жидкостью,
которая способна растворить канифоль. Исторически
канифольные флюсы смывались спиртобензиновой смесью, так как канифоль неплохо растворяется в спирте, а неполярные жировые и масляные загрязнения хорошо растворяются в бензине. Данная
композиция является неплохим выбором, но только в том случае, если для монтажа используются
флюсы типа R или RMA, не содержащие нерастворимых в спирте активаторов. Также стоит отметить,
что эта композиция химически не взаимодействует
с флюсом и его остатками, а лишь растворяет их, что
очень быстро истощает ее. Еще одним недостатком
спиртобензиновой смеси является то, что она легковоспламеняема, а следовательно, требует особой
осторожности при работе.
В последнее время очень часто для отмывки печатных плат применяются средства на водной основе.
Они представляют собой водный раствор реагентов,
химически взаимодействующих с канифолью и переводящих ее в водорастворимое состояние. Такие
растворы будут отмывать гораздо дольше, чем спиртобензиновая смесь. Их можно использовать при нагревании и в автоматизированном оборудовании,
но необходимо постоянно следить за концентрацией
активного вещества. Еще один важный недостаток
таких жидкостей в том, что они имеют сильно щелочную реакцию среды и взаимодействуют с оловом,
всегда присутствующем в припое. В результате внешний вид паек становится матовым из-за образования
на их поверхности гидроксидов олова.
Отмывочные жидкости на основе MPC-технологии
не лишены тех же недостатков, но имеют ряд неоспоримых преимуществ — это 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. Такие жидкости смывают остатки практически любых флюсов, кроме некоторых синтетических. Они имеют высокую точку вспышки и могут
применяться в автоматизированном оборудовании
(кроме установок струйной отмывки распылением),
у них длительный срок жизни в ванне, они не вызывают помутнения паек, не требуется аналитический контроль концентрации активного вещества,
они смываются водой, и при их использовании достигается очень высокая чистота поверхности. Их
основным недостатком является неустойчивость ряда
маркировочных красок и эмали элементов к этой
жидкости. Но, необходимо отметить, что практически вся импортная элементная база выдерживает
отмывку в таких растворителях. До недавнего времени на российском рынке присутствовала только
одна фирма, производящая жидкость такого типа, —
это компания Zestron с ее линейкой одноименных
продуктов. Наиболее распространенный из них —
Zestron FA+. Совсем недавно на рынке появилась
аналогичная жидкость российского производства —
Аквен-12. Эта жидкость при вдвое меньшей стоимости (по сравнению с Zestron FA+) имеет все преимущества отмывочной жидкости такого типа.
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. Данный процесс
реализуется в ряде последовательно расположенных ванн, между которыми корзина с от-
мываемыми 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 40–55 °C.
Необходимо помнить, что процесс омыления
флюса — это химическая реакция, а скорость
любой химической реакции при увеличении
температуры на 10 °C возрастает в 2–4 раза.
Также температура оказывает влияние на растворимость загрязнений в отмывочной жидкости: при увеличении температуры растворимость возрастает. То есть чем выше температура, тем быстрее и полнее очищаются
модули. Но поднимать температуру выше 60 °C
не рекомендуется, так как при дальнейшем ее
увеличении могут начаться процессы растворения не до конца полимеризованной смолы
из печатной платы, маски и нарушение герметичности корпусов 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 повреж-
дать некоторые компоненты (подробно эта
проблема рассмотрена в статьях [3, 4]), поэтому чувствительные компоненты необходимо
либо доустанавливать 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 операция осуществляется в той же ванне после выключения ультразвука, в другом случае для этого имеется
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 необходима
для того, чтобы частички загрязнений, 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.
Заключительный этап этой технологии —
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,
из отверстий и даже из 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 40–50 °C
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, то есть работа оператора заключается только в загрузке и выгрузке
модулей из установки. Время струйной отмывки, как правило, больше, чем время ультразвуковой, так как ее эффективность несколько
меньше, и составляет 5–15 минут. После чего
из камеры насосом откачивается отмывочная
жидкость и подается вода для ополаскивания.
Время ополаскивания — 5–15 минут. Очень
хорошо, если вода будет подогрета. Во многих автоматизированных установках струйной отмывки присутствует еще и финишное
ополаскивание деионизованной водой. Время
ополаскивания — 2–5 минут, и затем сушка.
Еще одна технология — это очистка
в парах растворителя. Для такой очистки необходимо 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 кипения растворителя невысока, в некоторых случаях не требуется и нагрев) она начинает интенсивно
испаряться, и в камере очистки создается 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. Преимущества данной технологии:
всегда чистый растворитель, отсутствие контакта персонала с парами растворителя, высокая проникающая способность молекул пара
под низкосидящие элементы и, как следствие,
высокий уровень чистоты. Недостатки —
сложное дорогостоящее оборудование и специальные растворители.
На данный момент существует большое количество различных отмывочных жидкостей,
но чтобы правильно выбрать подходящую
именно вам, необходимо понимать возможности имеющегося у вас или покупаемого
оборудования и требуемую чистоту поверхности.
Литература
- IPC-CH-65A Guidelines for Cleaning of Printed
Boards and Assemblies, 1999. - Медведев А. Монтажные флюсы. Смывать
или не смывать // Компоненты и технологии.
2001. № 4. - Смирнов А. Испытания на устойчивость
электронных компонентов к воздействию
ультразвука в процессе отмывки ПУ // Поверхностный монтаж. 2007. № 3. - Новиков С. Какие компоненты можно мыть
с ультразвуком // Поверхностный монтаж.
2009. № 2. 2009. № 3.