Вода для отмывки печатных плат и как ее получать?

Вода самый распространенный растворитель на Земле и, казалось бы, самый дешевый. С появлением водосмываемых материалов многие переходят на отмывку в воде, так как это гораздо приятнее для оператора, чем применение растворителей или омылителей. Использование чистой воды без добавок возможно только для водосмываемых флюсов. Но и в полуводной отмывке, где вода нужна только для ополаскивания, она играет далеко не последнюю роль в создании «чистой» платы. Использование неправильно подготовленной воды может создать проблемы при отмывке [1].

Поскольку вода — хороший растворитель для солей и многих других веществ, то в нормальных условиях в ней всегда находятся растворенные примеси и нельзя сказать, что такая вода является чистой. В зависимости от региона состав растворенных в воде веществ (ионов) будет немного разный и качественно, и количественно. Один из важнейших и наиболее часто используемых критериев оценки качества и чистоты воды — это удельное сопротивление (или же обратная величина — удельная проводимость воды). Чем меньше в воде растворенных ионов, тем выше ее удельное сопротивление и ниже удельная проводимость и тем чище вода.

Основная задача отмывки и ополаскивания — это обеспечение ионной чистоты поверхности печатной платы, следовательно, необходимо применять воду с низким содержанием растворенных ионов (с высоким удельным сопротивлением).

Важным фактором при отмывке является не только начальная чистота воды, но и то, как долго она остается чистой. Для того чтобы качество воды не ухудшалось, во время очистки необходимо обеспечивать «проточность» или «оборачиваемость» воды.

Какая же вода бывает с точки зрения применимости к отмывке печатных плат. Водопроводная — вода без подготовки, вода, очищенная для питья, и вода деионизованная (очищенная для производств, в которых важна ионная чистота).

Водопроводная вода — самая распространенная и дешевая в получении. Несмотря на то что обеспечить ее проточность не составляет труда, ее чистота недостаточна. В зависимости от региона водопроводная вода обладает удельным сопротивлением 200–2000 мкСм/см, столь высокая величина проводимости говорит о высоком содержании ионов. В водопроводной воде действительно содержится целый «букет» ионов — это в первую очередь соли жесткости (соли кальция и магния), ионы железа, хлорид-ионы, карбонаты, сульфаты, марганец и пр. При высоком содержании ионов, они могут «высаливаться» на плате, образуя белый налет. Также ионы (в основном карбонаты и сульфаты) могут взаимодействовать с остатками после пайки, образуя нерастворимые соединения. Использование водопроводной воды принесет только дополнительные загрязнения на плату, поэтому для отмывки и ополаскивания этот тип воды нежелателен.

Воду, очищенную с помощью бытовых фильтров, тоже нельзя считать чистой для отмывки и ополаскивания печатных плат, так как данный вид фильтров не обеспечивает чистоту воды, необходимую для нужд электроники.

Довольно чистой является дистиллированная вода. Ее получают путем перегонки на специальном аппарате, принцип работы которого заключается в нагревании воды с образованием пара и его последующим охлаждением. Этот пар, который конденсируется при охлаждении, называется дистиллятом. Также существуют бидистилляторы и даже тридистилляторы, которые гарантируют улучшенное очищение воды, поскольку перегонка выполняется дважды (или трижды). Параметры дистиллированной воды регламентируются ГОСТ Р 58144. Согласно ГОСТу, дистиллированная вода все так же содержит различные ионы, хотя и в меньшем количестве, чем водопроводная вода. Удельная электрическая проводимость дистиллированной воды не более 5,1×10^–4 См/м, следовательно, удельное сопротивление должно быть не менее 1,96 кОм·м [2]. Дистиллированную воду можно получить и с параметрами около 1 МОм·см, что достаточно для отмывки, но проблема заключается в невозможности поддерживать заданную чистоту воды. Поэтому дистиллированную воду можно использовать только для разведения концентратов отмывочных жидкостей.

Самая чистая вода — деионизированная. Значения удельного электрического сопротивления такой воды находятся в диапазоне 0,5–18,2 МОм·см [3, 4]. Получают деионизованную воду с помощью ионообменных смол или на системах с обратным осмосом с последующей доочисткой с помощью электродеионизации или тех же ионообменных смол. Получать воду с показателем 18,2 МОм·см, то есть самую чистую, очень и очень дорого. Для отмывки печатных плат рекомендовано использовать воду с параметрами не менее 1 МОм·м [5]. Но помимо проблемы получения чистой воды, есть еще и другая проблема — поддержание заданной чистоты. Перефразируя Аристотеля можно сказать, что «природа не терпит пустоты и чистоты». Чем чище вода, тем быстрее она начинает вбирать в себя загрязнения, именно поэтому сроки хранения очень чистой воды даже в закрытой таре весьма короткие. Если налить деонизированную воду в ванну для отмывки печатных плат и оставить, то очень скоро вода перестанет быть чистой, так как постепенно будет «подсасывать» из воздуха загрязнения (в основном диоксид углерода). Если же мы помоем хотя бы одну плату в чистой, но стоячей воде, она сразу же перестанет быть чистой, ведь в ней растворятся загрязнения с платы. Следовательно, деионизованная вода для отмывки и ополаскивания печатных плат должна постоянно оборачиваться через очистную систему, чтобы поддерживать необходимый уровень чистоты.

Рис. 1. Общий вид деионизатора воды «МегаОм»

С учетом всех требований к чистоте воды и качеству отмывки мы разработали оборудование для получения деионизированной воды — деионизатор «МегаОм» (рис. 1). Принцип работы — многократное прохождение воды через фильтры. Угольный фильтр задерживает органические загрязнения и крупные молекулы и ионы, а с помощью ионообменной смолы происходит обмен протонов (H⁺) и гидроксильных ионов (OH^–) смолы на катионы и анионы, содержащиеся в растворе. Технологическая схема установки представлена на рис. 2. В результате получается вода с проводимостью меньше 0,1 мкСм/см. Производительность деионизатора по воде 40–60 л/мин, что позволяет обеспечить необходимый обмен и поддержание заданной чистоты воды. Производительность установки может быть скорректирована в соответствии с потребностями заказчика.

Рис. 2. Технологическая схема установки деионизации воды «МегаОМ»

Одно из преимуществ деионизатора «МегаОм» — замкнутый цикл работы. Установка позволяет перейти на оборотное использование промывочной воды и существенно снизить не только водопотребление (по сравнению с применением обратного осмоса, где чистой воды получается не более половины, а остаток сливается в дренаж), но и расходы.

Альтернативным этому оборудованию являются установки деионизации с помощью обратного осмоса с последующей доочисткой воды. Их преимущество состоит в отсутствии необходимости перезасыпать баллоны с углем и смолой, а главным недостатком остается высокое потребление воды, обусловленное тем, что из 1 л исходной воды удается получить не более 0,5 л деионизованной, которая к тому же не возвращается в оборот, а сливается в канализацию. Также важным недостатком обратного осмоса является зависимость комплектации установки от качества исходной воды.

В зависимости от нужд производства, деионизированная вода может потребоваться не только для использования в ваннах ополаскивания, но и для уже имеющегося отмывочного оборудования (в котором нет встроенного деионизатора). Установка «МегаОм» может подключаться к любому оборудованию. Деионизатор «МегаОм» не требует постоянного подключения к водопроводу и канализации, поэтому разместить оборудование можно в удобном месте на расстоянии не более 3–5 м от потребителя воды, также установка имеет компактные размеры и возможность их изменения по согласованию с заказчиком. Часто при выборе оборудования важным критерием является footprint (площадь, занимаемая оборудованием), по сравнению с системами обратного осмоса деионизатор «МегаОм» имеет площадь примерно в 10 раз меньшую, что становится большим преимуществом. Электропитание установки «МегаОм» осуществляется от стандартной сети 220‑В, потребляемая мощность 1 кВт, требуется заземление.

Баллоны со смолой и углем, входящие в состав установки «МегаОм» — это расходный материал, требующий периодической замены. Сроки замены зависят от интенсивности использования установки и объема смываемых загрязнений. Поэтому рекомендуется ориентироваться не на цифру, а на параметры работы установки. Смена фильтрующих элементов необходима при наличии одного из критериев:

• установка перестает за 10 минут, в течение которых нет сброса грязной воды, выходить на заданную проводимость;
• упало давление в системе;
• фильтры используются больше года, даже если остальные критерии в норме.

Когда выгодно выбирать обратный осмос, а когда деионизатор? Например, если у предприятия дешевая вода (собственная скважина), то, конечно, предпочтителен обратный осмос. Если же вода берется из городского водопровода и предприятие вынуждено платить за каждый использованный, а затем и слитый кубометр воды, то лучше использовать деионизатор. Второй случай, когда полезно выбирать обратный осмос, — использование в отмывке очень горячей воды (+55 °C и выше). В таком случае применение деионизатора технически нецелесообразно, поскольку для возврата воды в оборот ее надо остудить, а после деионизации снова нагреть.