Назад
Всегда рады ответить на все ваши вопросы
materials@ostec-group.ru

Отмывка печатных узлов

Отмывка печатных узлов подразумевает удаление остатков флюса с поверхности печатных узлов и электронных компонентов. Подобные загрязнения могут негативно сказываться на надежности печатных узлов и стать препятствием для нанесения влагозащитных покрытий, они затрудняют выполнение электрического контроля и ухудшают внешний вид изделия. Остатки флюса и другие загрязнения, не отмытые после пайки, могут быть причиной отслаивания покрытий, ухудшения адгезии, вызвать коррозию и другие дефекты

Отмывка печатных узлов после пайки —  это удаление с поверхности печатных узлов и компо­нентов остатков технологических материалов, которые в процессе эксплуатации электронной ап­паратуры могут оказывать негативное влияние на надежность печатных узлов, препятствовать нанесению влагозащитных покрытий, затруднять выполнение электрического контроля, а также ухудшать внешний вид изделия. Не отмытые после пайки остатки флюса или другие загрязнения могут привести к отслаиванию покрытий, ухудшению адгезии, коррозии, повышенным токам утечки и прочим дефектам.

Современные технологии и процедуры отмывки разработаны с учетом совместимости с материа­лами категории «Не требующие отмывки». В сочетании с соответствующим оборудованием они эф­фективно удаляют остатки большинства применяемых флюсов: от категории RMA и до современных высокоактивных синтетических материалов.

Очистка трафаретов —  это удаление остатков паяльных паст и клеев из апертур трафаретов и их поверхностей. Эти загрязнения могут приводить к ошибкам при трафаретной печати и, как следствие, увеличению количества дефектов пайки. Регулярная очистка трафаретов и рамок позво­ляет повысить стабильность и качество технологического процесса, а также создает благоприятные условия для получения четких и качественных отпечатков паяльной пасты.

Сегодня в принтерах трафаретной печати для очистки трафаретов широкое применение находит автоматическая процедура очистки, что позволяет повышать стабильность и улучшать качество пай­ки. Технология и материалы для очистки трафаретов подробно рассмотрены в пособии «Материалы для пайки и ремонта печатных узлов» (раздел Техническая библиотека/Инженерные пособия).

Очистка оборудования подразумевает регулярное удаление остатков флюса, нагара и других загрязнений с элементов конструкции машин. Для перемещения печатных узлов по конвей­еру в установках пайки используются специальные механизмы и конструкции. В процессе флюсо­вания и пайки эти элементы оборудования могут загрязняться используемыми технологическими материалами, что может привести к плохому качеству пайки. Для обеспечения хорошей пайки чистота механизмов и элементов оборудования должна быть максимальной. Для эффективной очистки оборудования компания Zestron® предлагает промывочные жидкости на водной основе, а также на основе модифицированных спиртовых соединений.

До сих пор одной из самых спорных тем в производстве электроники остается вопрос: отмывать остатки флюсов после пайки или не отмывать? Увеличение степени интеграции компонентов приводит к постоянному уменьшению зазоров под корпусами компонентов, использование современных флюсов для пайки с низким содержанием твердых веществ и на синтетической основе требует применения высокотехнологичных, сложных и дорогостоящих процессов отмывки печатных узлов после пайки. Всегда ли неудаленные остатки флюса ведут к катастрофическим последствиям в процессе эксплуатации аппаратуры? На эти и многие другие вопросы мы постараемся дать ответ в данном разделе.

Ниже представлен типовой процесс производства радиоэлектроники с интегрированным процессом отмывки.

Практические рекомендации

Факторы, влияющие на принятие решения об отмывке

Исходя из мирового опыта и собственного опыта компании Остек, можно назвать основные факторы, влияющие на принятие решения об отмывке:

1. Класс оборудования (требования к надёжности).

По надежности изделия электронной техники делятся на три основных класса:

Класс 1 (Бытовая электроника) – отмывка не требуется, так как изделия эксплуатируются в нормальных климатических условиях.

Класс 2 (Промышленная электроника) – 50/50, при эксплуатации изделий в нормальных климатических условиях отмывка в большинстве случаев не требуется, при эксплуатации изделий в жестких климатических условиях применение отмывки является оправданным.

Класс 3 (Спецтехника) – отмывка является обязательной!

К каждому из этих классов предъявляются свои требования по степени защиты от внешних воздействий.

Бытовая техника, как правило, эксплуатируется в мягких условиях, поэтому чаще к ней нет повышенных требований по надёжности.

Промышленная электроника требует повышенной надежности и, как следствие, качественного удаления остатков паяльных материалов и дополнительной защиты от внешних воздействий

Военная и специальная электроника требует высочайшей надёжности. В эксплуатацию не допускаются электронные узлы, не прошедшие отмывку и не защищённые от внешних воздействий.

2. Класс используемых паяльных материалов.

В современной технологии сборки печатных узлов наибольшее распространение получили процессы с применением флюсов, не требующих отмывки после пайки. К таким флюсам в соответствии с международным стандартом J-STD-004 относятся канифольные, слабо активированные флюсы, флюсы с низким содержанием твердых веществ и флюсы на органической основе. Такие флюсы обычно не требуют удаления остатков после пайки при условии эксплуатации аппаратуры в нормальных климатических условиях. Тем не менее, в некоторых случаях может возникать необходимость удаления остатков флюса.

3. Эстетический фактор (внешний вид изделия).

Достаточно часто заказчик требует, чтобы ПУ в составе изделия были отмыты, и не зря. Что бы вы подумали о производителе, если вскрыв системный блок компьютера, обнаружили залитые остатками флюса платы с налипшей пылью?

4. Наличие последующего влагозащитного покрытия.

Давно известно, что загрязнения на поверхности приводят к резкому уменьшению адгезии, работая своеобразной прослойкой между ПУ и влагозащитным покрытием. Кроме того, со временем влага, проникая через микропоры, растворяет остатки флюса и канифоли, что приводит к активации этих загрязнений. В итоге —  отслоения покрытия, коррозия проводников и контактных площадок на ПУ, токи утечки, дендриты и т.д.

5. Экономическая целесообразность.

Процесс отмывки напрямую влияет на себестоимость изделий, поэтому принимая решение, стоит внимательно взвешивать все «за» и «против». Например, отмывая, вы получите повышение качества, увеличение срока службы, но это потребует дополнительных вложений (оборудование, материалы, персонал и т.д.)

Важно, что решение учитывает весь комплекс факторов, а не каждый по отдельности.

Основные типы загрязнений и последствия их воздействия

В процессе изготовления, хранения и сборки печатных плат на них остаются различные полярные и неполярные загрязнения. В таблице 2.1 приведен перечень основных типов загрязнений ПУ после сборки и отмывки.

Таблица 2.1. Основные типы загрязнений

Водорастворимые соединения
Полярные Неполярные
Хлорид натрия NaCl = Na+ + Cl- Полигликоли
Соли гальванических и травильных растворов Водорастворимые флюсы
Соли гальванических и травильных растворов Защитные масла
Активаторы флюсов Паяльные маски
Продукты реакции флюсов
Компоненты паяльных масок
Водонерастворимые соединения
Неполярные Нерастворимые
Канифоль, синтетические смолы Гидролизованная или окисленная канифоль
Органические компоненты флюсов Гидролизованная или окисленная канифоль
Продукты реакции флюса Кремнийсодержащие материалы
Масла и жиры Силиконовые масла, смазки
Отпечатки пальцев Стекловолокно
Корректировщики реологии Шарики припоя
Продукты окисления

Неудаленные загрязнения на поверхности ПУ могут оказывать существенное влияние на различные параметры. Активаторы, входящие в состав флюса, содержат ионные соединения (галогены, соли и кислоты), которые, в свою очередь, могут вступать в реакцию с влагой, влияя на уменьшение поверхностного сопротивления. Несмотря на то, что остатки флюсов очень редко приводят к отказам в процессе работы, последствия коррозии могут быть очень серьезными.

Большинство загрязнений небезопасны для электроники и при определенных условиях приводят к сбоям или полной потере работоспособности ПУ, принося миллионные убытки потребителям.

Например, отпечатки пальцев, которые остаются на поверхности ПУ после контакта с руками человека, также являются весьма непростыми остатками загрязнений. Смесь жиров, солей и частички кожи человека при последующем увлажнении становятся опасными для компонентов ПУ. Далее подробно разобраны основные загрязнения и последствия их воздействия.

Остатки канифоли

Как правило, после оплавления пасты или пайки припоем на поверхности ПУ остаётся определённое количество канифоли (флюса). Чистая, специально обработанная канифоль и искусственные смолы примерно до температуры 100 °С являются хорошими изоляторами. Если происходит повышение температуры свыше 100 °С, канифоль сначала размягчается, а потом начинает плавиться и оказывает диссоциирующее воздействие (приводит к образованию карбоксильных ионов). В результате возникающей ионизации изменяются электрические свойства, канифоль становится проводником. Таким образом, появляется опасность возникновения повышенных токов утечки и коротких замыканий.

Остатки канифоли под воздействием влаги

Проблема понижения поверхностного сопротивления особое значение приобретает в современных условиях развития электроники по двум основным причинам:

  1. Уменьшаются расстояния между проводниками.
  2. Полупроводниковые компоненты развиваются от низкоимпедансных цепей к высокоимпедансным, имея тенденцию к уменьшению потребляемой энергии. Поэтому столь малые токи утечки как 10-12А иногда оказывают существенное влияние на нарушение работы элементов логики. Токи утечки могут возникать за счет присутствия ионных компонентов. Однако даже канифольные остатки флюса могут стать проводником при наличии тонкого слоя влаги. Влага в сочетании с диоксидом углерода, адсорбированным из воздуха, формирует на поверхности канифоли карбоновую кислоту, которая имеет высокое содержание ионов.

Активаторы, входящие в состав флюса, содержат ионные соединения (галогены, соли и кислоты), которые могут вступать в реакцию с влагой, влияя на уменьшение поверхностного сопротивления. Несмотря на то, что остатки флюсов очень редко приводят к отказам в процессе работы, последствия коррозии могут быть очень серьезными.

Наиболее распространенный механизм коррозии – электролитический. Электролитическая коррозия может возникать при наличии электрического поля и водной пленки между двумя смежными проводниками (см. рис. 2.2.): на одиночных многослойных проводниках, при контакте двух разнородных металлов с разными потенциалами, например, медный проводник (+0,34В), покрытый олово-свинцовым покрытием (-0,14В). Так при наличии влаги и небольшого количества ионных компонентов возникает напряжение короткого замыкания и начинает протекать ток (см. рис. 2.2.). Избежать электролитической коррозии возможно только в случае удаления всех следов влаги и ионных загрязнений с печатных узлов, обеспечив защиту от повторных загрязнений.

На рисунке показаны результаты воздействия коррозии – полностью разрушенный проводник.

Как известно, канифоль (смола), которая входит в состав паяльных материалов, является не только связкой, но и пассивирующим элементом. Суть пассивации заключается в том, что канифоль расплавляется только после 100 °С, после чего активаторы, находящиеся в её составе могут взаимодействовать с поверхностями. До 100 °С канифоль находится в твёрдом состоянии, и активаторы «заключены» в ней. После процесса оплавления канифоль застывает на поверхности печатной платы. Активаторы неактивны или слабоактивны, поэтому опасений нет. Однако через несколько недель эксплуатации в результате термоциклирования на поверхности появляются трещины, и активаторы могут высвобождаться, смешиваться с водой, и наступают известные последствия.

Шарики припоя

Нередко образующиеся в процессе оплавления, иногда едва различимые глазом человека, шарики припоя могут вызвать короткое замыкание между выводами или контактными площадками. Также они уменьшают электрическую прочность, находясь между двумя проводниками, сокращают расстояние для электрического пробоя. На рисунке красным выделена область с шариками припоя.

Дендриты

Дендриты представляют собой металлические нити или кристаллы, которые растут на поверхности металла, но по электролитическому механизму. То есть для роста дендритов необходимо иметь электролит и напряжение. Скорость роста дендритов на катоде может достигать 0,1 мм в минуту. Обычно нити растут на 0,01–10 мм в год и имеют диаметр в несколько микрон.

Аналогичный рост дендритов происходит и на аноде, но значительно медленнее. Рост дендритов наблюдается на проводниках с покрытием из серебра, меди, олово-свинца, золота, золото-палладия. Область роста дендритов ограничивается зоной поверхностного ионного загрязнения и наличием влаги. Как следствие, дендриты вызывают короткие замыкания и уменьшение электрической прочности.

Загрязнения под влагозащитными покрытиями

Для предохранения от воздействия влаги и агрессивных сред ПУ часто покрывают влагозащитными покрытиями. Остатки паяльных материалов, не удалённые с поверхности, гарантированно приведут к ухудшению адгезии, а также к возникновению электрохимических процессов под покрытием.

Одним из заблуждений в том, что если оставить загрязнения под влагозащитным покрытием, то они будут надолго законсервированы. Нет, это не так! В результате воздействия осмотического давления влага может проникать через микропоры покрытия и растворять остатки загрязнений.

В сочетании с термоциклированием в скором времени покрытие начнёт отслаиваться и разрушаться. На рисунке показаны примеры ограниченной адгезии влагозащитных покрытий, а также воздействия осмотического процесса.

Внешний вид изделия

Как правило, флюсы, не требующие отмывки, оставляют малозаметные остатки, незначительно ухудшающие внешний вид ПУ. Тем не менее, в ряде случаев остатки флюсов приходится удалять по требованию заказчиков в косметических целях. На рисунке наглядно представлены изображения отмытого и неотмытого участка ПУ.

Внутрисхемный контроль. Неудаленные остатки флюса могут покрывать тестовые площадки. Так как канифоль при комнатной температуре является хорошим изолятором, тестовые точки могут иметь очень высокое сопротивление контактов, препятствуя обеспечению внутрисхемного контроля.

Материалы категории NO CLEAN или “НЕ ТРЕБУЮЩИЕ ОТМЫВКИ”

Широкое распространение сегодня получают паяльные материалы категории «Не требующие отмывки». К таким материалам можно отнести канифольные флюсы и флюсы с низким содержанием твердых веществ. Они обычно не требуют удаления остатков после пайки при эксплуатации аппаратуры в нормальных климатических условиях, при этом сохраняют пассивное состояние. Отечественные производители достаточно часто применяют жидкие “безотмывочные” флюсы для ручной пайки, полагая, что их остатки не требуют удаления. Однако большинство жидких флюсов, не требующих отмывки, специально разработаны для машинной пайки волной припоя —  только этот способ пайки гарантирует выгорание и разложение активаторов флюсов, не требуя обязательного удаления остатков после пайки. Зачастую необходимость удаления остатков жидких флюсов при ручной пайке вызвана только частичным выгоранием активаторов. Флюс при ручной пайке, как правило, наносится кисточкой и попадает не только в места, подлежащие пайке, но и вокруг них на паяльную маску, соседние проводники и компоненты. Нагрев до температуры пайки производится локально в местах образования паяных соединений. Весь остальной флюс не подвергается термической обработке и сохраняет свою активность.

Можно сделать вывод, что при эксплуатации электроники, собранной на материалах No CLEAN, в жёстких условиях (повышенная температура, влажность) остатки материалов активируются и провоцируют процессы коррозии, окисления, вызывают токи утечки, короткие замыкания и т.д.

Описание процесса

Современный процесс отмывки состоит из трех основных стадий (см. рис.4.1.): отмывка, ополаскивание и сушка. Существует бесконечное множество технологических процессов, и их описание может занять много времени. В этом разделе будут описаны основные (типовые) процессы, используемые в настоящее время производителями электроники.

Отмывка первичная операция всего процесса отмывки, удаляющая нежелательные загрязнения с поверхности химическим и физическим способом. Отмывка проводится в промывочной жидкости. Время процесса и температура промывочной жидкости могут варьироваться в зависимости от способа отмывки и применяемого оборудования.

Во время процесса отмывки остатки флюсов, соли гальванических и травильных растворов, отпечатки пальцев и другие загрязнения вымываются и растворяются в промывочной жидкости.

Ополаскивание операция процесса отмывки, при которой все остатки загрязнений удаляются и замещаются свежей средой ополаскивания. Очищаемая поверхность при этом остается мокрой и покрытой чистой средой ополаскивания.

Сушка процесс удаления всех остатков чистящей среды с поверхности, промытых и ополоснутых деталей. Операции сушки следует уделять достаточное внимание, чтобы обеспечить эффективное удаление воды из-под корпусов компонентов и переходных отверстий.

Несоблюдение технологических режимов на любой из трех стадий процесса отмывки может привести к низкому качеству отмывки в целом и непредсказуемым результатам в процессе эксплуатации аппаратуры.

Существует правило: если нельзя провести качественную отмывку печатных узлов, то ее не следует проводить вообще!

На этапе отмывки происходит растворение и удаление остатков флюса и других загрязнений с поверхности печатных узлов. Отмывка водосмываемых паяльных материалов может производиться водой. Отмывку канифольных флюсов и флюсов с низким содержанием твердых веществ необходимо проводить с применением специальных моющих средств.

Для улучшения качества отмывки рекомендуется применять агитацию моющего раствора, например, с помощью ультразвука, барботажа, центрифугирования, струйной отмывки под высоким давлением и т.д.

Наибольшее распространение в современной технологии отмывки получили следующие процессы отмывки:

При удалении остатков флюса концентрация промывочной жидкости является наиболее важным фактором. Второй по значимости фактор —  температура. Для более эффективного растворения загрязнений под низкопрофильными корпусами компонентов рекомендуется увеличить температуру моющего раствора до 40–60 °С (в соответствии со спецификацией на промывочную жидкость) для уменьшения вязкости моющего раствора и лучшего проникновения под корпуса компонентов.

Построение процесса

Основные факторы, учитываемые при построении процесса отмывки:

  1. Паяльные материалы, используемые при сборке ПУ. Далеко не каждая жидкость может эффективно удалять остатки паяльных материалов различных производителей. Крупные производители паяльных материалов и производители отмывочных жидкостей проводят совместные испытания для достижения оптимального результата отмывки.
  2. Совместимость материалов ПУ с предполагаемой отмывочной жидкостью. Некоторые виды материалов могут вступать в реакцию с промывочной жидкостью. Информацию о совместимости следует запрашивать у производителя компонентов ПУ и производителя жидкости.
  3. Совместимость оборудования с промывочной жидкостью. Жидкость может привести к выходу из строя оборудования. Кроме того, из соображений безопасности не все жидкости могут применятся в конкретном типе оборудования.
  4. Совместимость способа агитации (струйный, ультразвук и т.п.) с ПУ. Способ агитации, как правило, определяется оборудованием и может пагубно влиять на печатный узел. Исходя из конструктивных особенностей и ограничений, установленных производителем компонентов, выбирается наиболее безопасный и эффективный способ агитации.

Идеальной последовательности принятия решений не существует, т.к. эти факторы тесно связаны между собой, поэтому при выборе системы отмывки «с чистого листа» лучше руководствоваться рекомендациями специалистов Остека.

Типы процессов отмывки

Выбор отмывочной жидкости

Компания ZESTRON® по праву заслужила репутацию наиболее технически прогрессивной компании в производстве и внедрении промывочных жидкостей для отмывки печатных узлов от остатков флюса после пайки, очистки печатных плат и трафаретов от паяльной пасты и адгезивов, очистки инструментов и оборудования для пайки.

В номенклатуре материалов компании ZESTRON® можно выделить три основные группы материалов:

  1. Группа ZESTRON® —  материалы на основе современных растворителей: имеют длительный срок жизни в ванне, обладают великолепной растворяющей способностью, могут использоваться с применением безводных процессов.
  2. Группа VIGON® —  материалы на водной основе, концентраты: эффективное и экономичное решение для удаления большинства типов загрязнений, материалы основаны на уникальной МРС® -технологии, подробно рассмотренной в № 7 «Компоненты и технологии» за 2004 год.
  3. Группа ATRON® —  традиционные материалы на основе поверхностно-активных веществ.

Материалы для отмывки печатных узлов от остатков флюса

Компания ZESTRON® производит материалы для отмывки печатных плат от остатков флюсов, которые могут применяться в различном оборудовании


Материалы для очистки трафаретов

Компания  ZESTRON®  производит широкий спектр промывочных жидкостей для очистки трафаретов, которые не только удаляют остатки пасты или клея, но и остатки флюса на второй (уже собранной) стороне.

Материалы для очистки оборудования

Компания ZESTRON®  предлагает промывочные жидкости для технического обслуживания оборудования: очистки печей оплавления, установок пайки волной, паллет, уловителей конденсата, печей оплавления, игл дозаторов. 
Используемые материалы

  • Жидкости для отмывки печатных узлов
  • Контроль качества отмывки
  • Контроль промывочной жидкости