Регистрация Вспомнить пароль
Задать вопрос специалисту
CAPTCHA

Возможна ли отмывка бессвинцовых и свинцесодержащих печатных узлов в едином процессе?

25 Июня 2009

Введение директив rohS и wEEE, ограничивающих применение свинца и ряда других металлов при производстве электроники, повлекло изменения в технологическом процессе производства и обусловило применение новых паяльных материалов.

Известно, что в большинстве случаев при отмывке остатков бессвинцовых паяльных материалов, требуемое качество может быть достигнуто без существенных изменений в технологии при условии, что используются современные отмывочные жидкости – Zestron FA+, Vigon A250, Vigon US и др.

Однако открытым остается другой, не менее важный, вопрос:

Для ответа на данный вопрос специалисты компании ZESTRON провели исследование отмывки печатных узлов со свинцом и без свинца в едином процессе и пришли к любопытным выводам.

Теоретическая подоплека

Большинство существующих сегодня процессов отмывки печатных узлов основаны на применении щелочных растворов.

Существует предположение: свинец, содержащийся в традиционных паяных соединениях, в процессе отмывки может растворяться в отмывочной жидкости. При отмывке печатных узлов со свинцом и без свинца в едином процессе растворенный в отмывочной жидкости свинец может осаждаться на бессвинцовые печатные узлы и тем самым вызывать их загрязнение. И чем больше количество свинца, растворенного в отмывочной жидкости, тем загрязнение может быть существеннее. Возможность и степень загрязнения свинцом бессвинцовых печатных узлов может зависеть от следующих факторов:

Рассмотрим вопрос: происходит ли загрязнение свинцом бессвинцовых печатных узлов во время отмывки и как вышеизложенные факторы могут влиять на процесс загрязнения.

Исследование загрязнений рабочего раствора отмывочной жидким свинцом

На первом этапе работы для определения типичного уровня загрязнений отмывочных жидкостей свинцом, специалисты компании Zestron отобрали и проанализировали образцы рабочих растворов двух типов отмывочных жидкостей на основе MPC®-технологии.

Все образцы были взяты на различных действующих производствах (среди которых крупно- и мелкосерийные, многономенклатурные, выпускающие изделия специального назначения) и хорошо отражают реальную ситуацию.

В результате данного анализа удалось установить, что количество свинца, растворенного в отмывочной жидкости, не имеет линейной зависимости с количеством отмытых ранее в растворе печатных узлов (рис. 1). Максимальный уровень растворенного в жидкости свинца всегда был ниже 10 мг/л. Данное значение было зафиксировано и использовано как эталонное при последующих работах.

Рис. 1 Уровень загрязнения свинцом двух различных отмывочных жидкостей на основе MPC®-технологии

Предварительное рентген-исследование печатных узлов

Для определения уровня содержания свинца в образцах печатных узлов до отмывки был проведен их предварительный анализ. Определение потенциально возможных загрязнений проводилось неразрушающим методом на основе рентгенофлуоресцентной технологии (XRF Technology).

Согласно требованиям директивы RoHS и WEEE допустимым количеством свинца в печатных узлах является 0,1% от веса. Ограничения также имеются и относительно других вредных металлов, например, кадмий (0,01%), ртуть (0,1%) и так далее.

В нашем случае результат измерений содержания свинца на поверхности бессвинцовых печатных узлов до отмывки варьировался от 0,0 до 0,3 мг/см2, что соответствует требованиям RoHS и WEEE. В свою очередь результаты измерений свинецсодержащих печатных плат показали от 3,0 до 5,0 мг/см2.

Два дополнительных образца (бессвинцовый и свинецсодержащий) были проанализированы специально разработанным RoHS тестовым методом. Нижеприведенный спектр получен в результате данного теста и отражает состав каждого образца (рис. 2). Результат исследования показал, что используемые при опыте бессвинцовые печатные узлы до отмывки полностью отвечали требованиям RoHS и WEEE.

Рис. 2 Сравнение состава бессвинцвого (а) и свинец содержащего (б) печатных узлов

Лабораторный анализ загрязнения печатных узлов свинцом из рабочего раствора

На данном этапе следовало определить, происходит ли загрязнение бессвинцовых печатных узлов свинцом из рабочего раствора MPC®-жидкостей во время отмывки, и какие факторы влияют на возможность или скорость осаждения свинца из рабочего раствора отмывочной жидкости.

Для решения задачи были подготовлены растворы жидкостей на основе MPC®-технологии с различным количеством свинца (50 мг/л и 100 мг/л). В процессе опыта варьировались стандартные параметры процесса отмывки.

Для получения статистики распределения возможных загрязнений поверхность печатных узлов была условно разделена на три части: верхняя (В), средняя (С) и нижняя (Н). Результаты рентген-исследования приведены на рисунках (рис. 3).

Таким образом, результат показал, что после отмывки даже при достаточно жестких параметрах процесса, содержание свинца на бессвинцовых печатных узлах не превышало 0,3 мг/см2, что отвечает требованиям директив RoHS и WEEE. В то же самое время, дополнительный цикл ополаскивания не привел к значительным изменениям количества свинца.

Лабораторный анализ не выявил недопустимых загрязнений бессвинцовых печатных узлов свинцом из рабочего раствора жидкостей на основе МPC®-технологии.

Воспроизводение отмывки печатных узлов со свинцом и без свинца в едином процессе

Эксперимент проводился в стандартной установке струйной отмывки при концентрации рабочего раствора MPC®-жидкости 15%. Для достижения типового значения содержания свинца в растворе предварительно были отмыты пятьсот свинецсодержащих печатных узлов, что позволило обеспечить содержание свинца в растворе 6,3 мг/л.

Отмывка бессвинцовых печатных узлов проводилась в загрязненном свинцом растворе при разных температурах и длительности отмывки. Наличие свинца на печатных узлах после отмывки проводилось рентгенофлуоресцентным методом. Так же, как и на предыдущем этапе, измерения были взяты с однородных областей тестируемых печатных узлов, а данные объединены в три группы. Результаты эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1 Загрязнение свинцом бессвинцовых печатных узлов после отмывки

В нашем случае отмывка печатных узлов со свинцом и без свинца в едином процессе не привела к нарушению требований нормативных документов RoHS и WEEE.

Подведение итогов

Работа включала в себя ряд независимых исследований. Каждый из этапов проделанной работы очень важен и позволяет лучше понять возможность организации единого процесса отмывки печатных узлов со свинцом и без свинца.

Следует отметить, что результат данного эксперимента применим только для производств, использующих отмывочные жидкости на основе MPC®-технологии, примером которых являются Vigon A250, Vigon A300, Vigon US. Дело в том, что растворимость свинца в отмывочной жидкости определяется, в том числе, и типом жидкости. Например, традиционные отмывочные жидкости на основе ПАВ (поверхностно-активные вещества) с высоким значением pH могут растворять большее количество свинца, а значит, вероятность загрязнения бессвинцовых печатных узлов при едином процессе отмывки с использованием ПАВ может быть выше.

В нашем случае результат показал, что отмывка бессвинцовых и свинецсодержащих печатных узлов в едином процессе возможна с применением отмывочных жидкостях на основе MPC®-технологии! Даже после отмывки при жестких условиях (повышенная температура, увеличенное время) печатные узлы не содержат загрязнений свинца в количестве, превышающем оговоренный директивами RoHS и WEEE уровень 0,1%.

Резюме

Если обратиться к опыту прошлых лет (статья «Отмывка после пайки бессвинцовыми материалами. Есть ли проблемы?», бюллетень «Поверхностный монтаж» № 2, февраль 2006 г.) и учесть результат настоящей работы, можно с уверенностью сказать, что использование эффективных процессов отмывки с применением современного оборудования и отмывочных жидкостей компании Zestron на основе MPC®-технологии (Vigon A250, Vigon A300, Vigon US) позволяет:

Таким образом, решения компании Zestron очередной раз подтверждают свою эффективность и применимость к самым различным задачам. Они сохраняют свою актуальность как для свинецсодержащей, так и бессвинцовой технологии производства!

Рис. 3 Результаты рентген-исследования

Опыт 1:

Концентрация отмывочной жидкости - 15% Содержание солей свинца - 50 мг/л. Время отмывки - 5 минут. Температура - комнатная

Замечание 1:

В данном случае после отмывки бессвинцовые печатные узлы соот- ветствуют требованиям директив RoHS и WEEE

Опыт 2: 

Концентрация отмывочной жидкости - 15% Содержание солей свинца - 100 мг/л/ Время отмывки - 5 минут. Температура - комнатная

Замечание 2:

Увеличение количества солей свинца в растворе отмывочной жидкости не привело к существенным изменениям количества осажденного свинца. Печатные узлы соответствуют требованиям директив RoHS и WEEE

Опыт 3:

Концентрация отмывочной жидкости - 15% Содержание солей свинца - 50 мг/л. Время отмывки - 5 минут. Температура - 50°C

Замечание 3:

Увеличение температуры отмывки до 50°C не привело к значитель- ным изменениям количества осажденного свинца. Печатные узлы соответствуют требованиям директив RoHS и WEEE

Опыт 4:

Концентрация отмывочной жидкости - 15%. Содержание солей свинца - 50 мг/л. Время отмывки - 5 минут

Замечание 4:

Увеличение температуры отмывки до 65°C не привело к значитель- ным изменениям количества осажденного свинца. Печатные узлы соответствуют требованиям директив RoHS и WEEE

Автор, должность:
Вячеслав Ковенский, ведущий инженер
Отдел:
Направление технологических материалов
Email:
materials@ostec-group.ru
Издание:
Информационный бюллетень «Поверхностный монтаж», июнь 2009, №4