Регистрация Вспомнить пароль
Задать вопрос специалисту
CAPTCHA

Отмывка после пайки бессвинцовыми материалами. Есть ли противоречия?

23 Января 2008

В течение последних лет большое количество национальных и международных профессиональных ассоциаций и рабочих групп подготовило большое количество отчетов и публикаций о применении бессвинцовых материалов. В результате появилась различная информация об альтернативных бессвинцовых паяльных материалах и технологии их применения.

В области отмывки печатных узлов вопросы остаются. Большинство исследователей считают, что более высокие температуры пайки в сочетании с активными флюсами усложняют процессы отмывки. Встречаются мнения о том, что для отмывки требуется большая интенсивность механической активации, увеличение концентрации отмывочных жидкостей, изменение параметров. И связано это с тем, что бессвинцовая пайка осуществляется при большей температуре, чем с припоями и пастами, содержащими свинец, а эффективность отмывки зависит от качества отмывочного средства, точки плавления припоя, свойств флюса.

Как же обстоят дела на самом деле?

Заслуживающие внимания эксперименты были проведены Технологическим университетом Мюнхена в сотрудничестве с компанией ZESTRON. Для экспериментов были отобраны 25 образцов паяльных паст 13 различных производителей как с широко предлагаемыми бессвинцовыми сплавами, содержащими серебро, так и с альтернативными сплавами.

Таблица 1 Паяльные пасты, участвующие в эксперименте

п.п.

Сплав

Содержание твердых веществ ,% или классификация флюса

1

Sn89 Ag Cu0.5

3-6

2

Sn89 Ag3.5

3-6

3

Sn90 Ag3.5

3-6

4

Sn42 Bi58

LR

5

Sn96 Ag4

LR

6

Sn96 Ag4

RMA

7

Sn96 Ag4

RA

8

Sn96.5 Ag3.5

RMA

9

Sn86.3 Ag3.4 Cu0.6

<6

10

Sn42 Bi58

LR

11

Sn89 Ag Cu0.5

3-6

12

Sn89 Ag Cu0.5

нет данных производителя

13

Sn96.5 Ag3.5 Cu0.7

нет данных производителя

14

Sn96.5 Ag3.5

3-7

15

Sn Cu

3-7

16

Sn95.5 Ag3.8 Cu0.7

3-8

17

Sn89.5 Ag4

3-6

18

Sn96 Ag4

3-5

19

Sn89.5 Ag4

нет данных производителя

20

Sn96 Ag4

5-6

21

Sn96 Ag4

5-6

22

Sn96 Ag4

RMA

23

Sn96 Ag4

нет данных производителя

24

Sn95.5 Ag3.8 Cu0.7

нет данных производителя

25

Sn95.5 Ag3.8 Cu0.7

нет данных производителя

В таблице 1 представлены сплавы и краткое описание флюсов паяльных паст, участвовавших в эксперименте. При переходе на бессвинцовую технологию существует два важных момента, влияющих на процесс отмывки:

Рис. 1 Остатки флюса после воздействия высоких температур при пайке
Рис. 2 Пример дефекта трафаретной печати. Паяльная паста нанесена со смещением

Этап 1. Удаление неоплавленной паяльной пасты с трафаретов и печатных плат

При нанесении паяльной пасты требуется регулярная очистка трафаретов с нижней стороны в процессе работы и периодическая очистка трафаретов полностью после смены в специализированном оборудовании.

Кроме того, в технологическом процессе сборки печатного узла могут возникать дефекты, связанные с неправильным нанесением паяльной пасты, например, из-за плохого совмещения трафарета и печатной платы. В этом случае требуется удалить неоплавленную паяльную пасту и вернуть печатные платы на сборку.

Для проверки возможности удаления неоплавленных паяльных паст с трафаретов и печатных узлов были отобраны три промывочные жидкости:

При проведении эксперимента неоплавленные паяльные пасты удалялись с трафаретов и печатных узлов в стандартном оборудовании очистки. Режимы очистки указаны в таблице 2.

Таблица 2 Режимы очистки при удалении неоплавленной паяльной пасты

Описание процесса

Очистка трафаретов и печатных плат с неоплавленной паяльной пастой

Загрязнения

Паяльные пасты (таблица 1), выдержанные на открытом воздухе после нанесения в течение 1 часа

Промывочные жидкости

1) ZESTRON® SD 300;

2) VIGON SC® 200;

3) ПАВ

Оборудование

Система отмывки распылением промывочной жидкости под давлением 1,48 атм

Параметры отмывки

Длительность процесса от 2 до 10 минут

Температура отмывки от 20 до 25°C

Контроль качества

Визуально

После очистки трафареты и печатные платы проверялись визуально под микроскопом с 10 кратным увеличением на наличие остатков паяльных паст и блокирование окон трафарета.

В результате теста выяснилось, что все промывочные жидкости удаляют остатки паяльных паст. Однако было определено, что наиболее быстрый процесс отмывки обеспечивается при применении промывочных жидкостей ZESTRON® SD 300 и VIGON SC® 200:

  1. Процесс очистки ZESTRON® SD 300: 2-3 минуты;
  2. Процесс очистки VIGON SC® 200: 3-4 минуты;
  3. Процесс очистки в ПАВ: 5-6 минут.

Этап 2. Удаление остатков флюсов после пайки

Для проверки возможности удаления остатков флюсов бессвинцовых паяльных паст все испытуемые образцы были нанесены через ручной трафарет на стандартные тестовые печатные платы и оплавлены с применением температурных профилей, указанных производителями для каждой из них.

Далее тестовые печатные платы подвергались трем различным процессам отмывки:

Таблица 3 Режимы отмывки при удалении остатков флюсов после пайки

Описание процесса

Удаление остатков флюсов

Загрязнения

Остатки флюсов оплавленных бессвинцовых паяльных паст (таблица 1)

Промывочные жидкости

1) ZESTRON® FA+;

2) VIGON® A200;

3) ПАВ

Оборудование

1. Ванная система отмывки с УЗ агитацией для ZESTRON® FA+ (рис. 3);

2. Система отмывки распылением промывочной жидкости под давлением 1,48 атм. для промывочных жидкостей VIGON® A200 и ПАВ (рис. 4)

Параметры отмывки

Длительность процесса от 2 до 10 минут

Температура отмывки и ополаскивания в деионизованной воде 50°C

Условные обозначения:

+ Легко удаляется при стандартных режимах отмывки

о Удаляется при подборе технологических параметров отмывки (длительности, температуры, интенсивности механической агитации)

– Удаление затруднено. Требуется оптимизация процесса отмывки и подбор соответствующей промывочной жидкости

n Испытания не проводились.

Параметры испытаний (в зависимости от типа промывочной жидкости): 2–10 минут при температуре 25–50°C.

После отмывки тестовые платы контролировались визуально под микроскопами с 40 кратным увеличением на наличие остатков флюса, проводился контроль на присутствие ионных загрязнений и окончательно проверялось наличие активаторов с использованием теста ZESTRON® FLUX TEST.

Рис. 3 Структурная схема ванновой системы отмывки

Визуальный контроль не выявил серьезных дефектов отмывки. Только на 5% контролируемых печатных платах локально наблюдался белый налет. После подбора режимов отмывки дефект не был обнаружен.

Измерение ионных загрязнений показало очень высокую степень чистоты 0,06 мкг/см2 в пересчете на NaCl при оговариваемом стандартом ANSI/J-STD-001 уровне загрязнений не более 1,56 мкг/см2.

Контроль испытуемых печатных плат с использованием теста на наличие активаторов ZESTRON® FLUX TEST позволил подтвердить наличие дефектов 5% печатных плат отмытых ZESTRON® FA+ и VIGON® A200, и выявил наличие дефектов на 20% печатных плат, отмытых с использованием щелочных ПАВ. Увеличение количества дефектов связано с тем, что многие современные флюсы оставляют прозрачные, плохо различимые, остатки и визуально их обнаружить очень сложно.

Рис. 4 Система струйной отмывки Aqueous Technologies

Таким образом, совместное использование методов количественного измерения ионных загрязнений и качественного контроля наличия активаторов цветовым индикатором дополняют друг друга, позволяя снизить до минимума вероятность пропуска загрязнений при контроле после отмывки.

После оптимизации процессов отмывки на печатных платах не были выявлены загрязнения ни одним из методов контроля. Стоит отметить, что оптимизация процессов отмывки с использованием щелочных ПАВ потребовала более тщательного подбора режимов.

Заключение

  1. Не выявлено серьезных отличий при очистке трафаретов и печатных плат при бессвинцовой и традиционной технологии.
  2. При удалении остатков флюсов бессвинцовых паяльных паст наблюдалось увеличение количества остатков активаторов при сохранении низкого уровня ионных загрязнений. При этом для процессов с применением промывочных жидкостей выявлены следующие результаты:

Рис. 5 Измеренный уровень ионных загрязнений после проведения эксперимента

a) Для промывочных жидкостей ZESTRON® FA+, VIGON®A200:

I. На 95% контролируемых печатных платах все остатки флюса удалились без изменений режима отмывки.

II. Только 5% тестируемых печатных плат для удаления загрязнений потребовалось изменение режимов отмывки.

b) Для щелочных промывочных жидкостей на основе ПАВ: 20% тестируемых печатных плат потребовали изменения режимов отмывки, после чего не выявлялись загрязнения. Количество дефектных плат оказалось в 4 раза больше, чем при использовании промывочных жидкостей ZESTRON® FA+, VIGON® A200.

Рис. 6 Контроль качества отмывки с использованием теста на остатки активаторов ZESTRON® FLUX TEST

Итак, переход на бессвинцовую технологию пайки не вносит серьезных изменений в технологические процессы отмывки, если применяются промывочные жидкости ZESTRON® FA+, VIGON® A200, при этом большое значение имеет правильный подбор режима отмывки. С учетом необходимости удаления бессвинцовых флюсов в 2006 году компания Zestron выпустила промывочную жидкость VIGON A300.

Автор, должность:
Антон Большаков, начальник отдела
Email:
materials@ostec-group.ru
Издание:
Информационный бюллетень «Поверхностный монтаж», январь 2008, №1