Очистка печатных узлов перед нанесением влагозащитных покрытий

Введение

Электронная промышленность снова возвращается к вопросу удаления флюсов после пайки, даже при использовании безотмывных флюсов. Это все чаще касается производителей не только спецтехники, но и промышленной и потребительской электроники. Причины — все более активное внедрение бессвинцовых технологий, повышение плотности и миниатюризация монтажа. В процессе эксплуатации электронной аппаратуры неудаленные или плохо удаленные остатки флюса оказывают негативное воздействие на надежность печатных узлов, препятствуют нанесению влагозащитных покрытий, затрудняют выполнение электрического контроля, а также ухудшают внешний вид изделий. Особенно это проявляется при сложных условиях эксплуатации изделий в условиях перепада температур, высокой вибрации и влажности.

Отмывка печатных узлов от остатков флюса — сложный химический и технологический процесс. Отсутствие анализа результатов отмывки делает непредсказуемым поведение изделий в процессе их эксплуатации и не дает гарантии долговременной надежности устройств. Чаще всего причинами возникновения проблем становятся неправильный выбор технологического оборудования, промывочных жидкостей, параметров технологического процесса, отсутствие или недостаточность контроля после промывки.

В этих условиях все больше возрастает роль комплексного подхода, при котором учтены подбор оборудования и моющего раствора, отладка технологического процесса и контроль полученного результата. Комплексный подход к вопросу очистки позволяет минимизировать риски и в конечном итоге повысить надежность и прибыльность продукта.

В данной статье мы рассмотрим комплексный подход к процессу удаления флюсов на конкретном примере.

Исходные данные

Задача: очистка печатных узлов (ПУ) перед нанесением влагозащитных покрытий — удаление остатков флюсов, отпечатков пальцев и других загрязнений, появившихся в ходе производственных процессов (рис. 1.).

Рис. 1. Печатные узлы перед промывкой

Типы загрязнений:

• паяльные пасты:
  • Alpha OM‑338‑T (бессвинцовая),
  • ALPHA OM‑500 (свинцовая);
• флюсы:
  • KOKI JS­EU‑01 (безотмывный флюс для бессвинцовой пайки),
  • KOKI JS‑3300 F (безотмывный флюс для свинцовой пайки),
  • Decoflux AB‑17­40‑R (флюс);
• Loctite 3612 9 (SMT-клей);
• Loctite 7360 (растворитель SMT-клея).

Требуемая производительность: 275 ПУ/12 ч, размеры ПУ A4 (200×300 мм).

Другие требования/цели:

• Разработать решение по очистке 100% остатков флюсов с печатных плат после пайки.
• Внедрить автоматический процесс очистки с контролем качества для каждого цикла.
• Соответствовать критериям качества отмывки, внедренным на предприятии (стандарт IPC­A‑610, Класс 3. «Высококачественные изделия/спецтехника»). Отсутствие остатков флюсов, твердых загрязнений, хлоридов, карбонатов, белого налета.
• Подобрать безопасный и эффективный водный раствор для очистки.

Рекомендуемая технология очистки

Опираясь на результаты лабораторного тестирования указанных паяльных паст, а также на опыт реализованных проектов, предназначенных для удаления флюсов с ПУ, можно сказать, что наиболее эффективным решением являются установки струйной очистки в воздухе вертикального типа и жидкости на вод­ной основе.

Рис. 2. Технология промывки «Струи в воздухе»

Установки струйной очистки вертикального типа будут лучшим решением, так как:

• моющий раствор и вода для полоскания подаются в воздухе под высоким давлением (рис. 2);
• вертикальная технология позволяет оказывать прямое воздействие на всю область очистки (рис. 3);
• в отличие от установок горизонтального типа отсутствует теневой эффект;
• технология доказала свою эффективность для всех типов паст, флюсов и SMT-клеев;
• отсутствие повреждений или влияния на срок эксплуатации ПУ и его компонентов, а также на состояние этикеток и покрытий;
• экономичность благодаря использованию 100% закрытых контуров очистки и полоскания;
• возможность использования экологичных и эффективных водных растворов;
• быстрый процесс очистки и полоскания;
• нет необходимости предварительного замачивания или очистки.
  
  

  Рис. 3. Вертикальная струйная моечная машина

Расчет производительности установки:

• 400 ПУ за 12 часов, размер A4;
• Injet TWIN 388 mCRRD (рис. 4) — многокамерная машина с одиночной рамой для ПУ:
  • время цикла для 1 рамы с ПУ — 15 мин;
  • 1 рама с ПУ = 6 ПУ (размер 200×300 мм);
  • рабочая смена = 12 ч = 720 мин;
  • производительность: 48 рам с ПУ, или 290 ПУ, за 12 ч.
    
    

    Рис. 4. Моечная машина Injet TWIN 388 mCRRD

На основании проведенных испытаний были подобраны оптимальные настройки установки для обеспечения оптимального результата по качеству и производительности (табл. 1).

Рекомендуемая жидкость для очистки — Decotron CP381 (рис. 5):

• на водной основе, пожаробезопасная;
• разработана для удаления флюсов с ПУ после пайки в струйных машинах;
• функции «Очистка» и «Защита» предотвращают коррозию после промывки;
• разработана для струйных моечных машин, низкое пенообразование;
• высокая совместимость с алюминием, медью, другими сплавами и термотрансферной печатью;
• доступна как концентрат или как готовая к использованию жидкость.
  
  

  Рис. 5. Отмывочная жидкость Decotron CP381

Рекомендуемая моечная машина — Injet TWIN 388 mCRRD (рис. 4):

• Установка струйной очистки вертикального типа.
• Полностью автоматический цикл очистки.
• 4 раздельных процесса: очистка/полоскание 1/полоскание 2/сушка.
• Многокамерная установка очистки — разделение процесса очистки от процесса полоскания — это:
  • снижение перекрестных загрязнений деионизированной (DI) воды после контура очистки;
  • увеличение срока службы деионизированной воды;
  • увеличение срока службы фильтров и расходных материалов (активированного угля и ионообменных смол);
  • более быстрый процесс полоскания.
• Контуры очистки и полоскания оснащены большими фильтрами для более эффективной очистки от твердых частиц, органических и ионных загрязнений.
• Установка полностью контролируется и управляется с ПЛК (min, max уровень жидкости, температуры растворов и сушки, проводимость воды для полоскания, счетчик количества циклов, предупреждающие и аварийные сигналы о забитости фильтров, изменении давления форсунок или проводимости воды и пр.).

Рис. 6. Конструкция установки Injet TWIN 388 mCRRD

Конструкция установки (рис. 6):

• Нержавеющая сталь (внешний корпус, баки, камера очистки, механические фильтры, трубные соединения для воды и воздуха, планки и распылительные форсунки).
• Используется только нержавеющая сталь качества AISI 304 и 316, толщиной 2, 3 или 5 мм.
• Антистатические колесики с фиксаторами для мобильности машины.
• Автоматический клапан вытяжки, автоматически блокируется при циклах очистки и полоскания, сохраняя раствор и воду.
• Сенсорный дисплей оператора для легкого управления.
• 2 системы доступа («Технолог» — с паролем для внесения изменений, «Оператор» — для выбора, запуска программ и контроля за циклом очистки без возможности изменений).
• Простота и удобство конструкции для эксплуатации и сервисного обслуживания.
• В установках использованы только высококачественная нержавеющая сталь и комплектующие от лучших мировых производителей.
• Гарантия DCT:
• 15 лет для узлов и частей из нержавеющей стали (трубы, камеры очистки, корпус, фильтры);
• 3 года полной гарантии, включая все комплектующие.

После описанного цикла промывки в моечной машине Injet TWIN 388 mCRRD с использованием моющего раствора Decotron CP381 и деионизированной воды для полоскания получены следующие результаты (рис. 7).

Рис. 7. Результаты промывки: изделия 100% чистые и сухие

Тестирование качества промывки

Для подтверждения качества промывки и соответствия результатов требуемым стандартам был применен тестер ионных загрязнений R. O.S. E. tester32 (рис. 8).

• Стандарт тестирования — IPC­TM‑650.
• Метод тестирования — 2.3.25.
  
  

  Рис. 8. Тестер ионных загрязнений R. O.S. E. tester32

Результаты тестирования остаточных ионных загрязнений приведены в таблице 2.

График зависимости количества загрязнений (ось Y) от времени (ось X) представлен на рис. 9.

Рис. 9. График зависимости количества загрязнений (ось Y) от времени (ось X)

Как видно из результатов тестирования и приведенного графика, количество остаточных загрязнений на плате составило 0,001 мг NaCl/см² при допустимом лимите 1 мг NaCl/см². Для сравнения: международный стандарт IPC­TM‑650, Класс 1. «Высококачественные изделия/спецтехника» устанавливает порог остаточных ионных загрязнений равным 1,56 мг NaCl/см².

Выводы

Данный пример показывает, что при средне­ и крупносерийном производстве возможно достижение высоких показателей качества очистки изделий. Конечно, достичь результатов, представленных в этой статье, удалось только благодаря использованию комплексного подхода, который предусматривал сотрудничество с одним поставщиком, длительное тестирование, подбор оборудования, жидкостей, техпроцесса и получение нужного результата для каждого цикла промывки. Только комплексная методика очистки изделий гарантирует высокое качество и повторяемость в современных условиях.