Лабораторная работа № 9 Технология ультразвуковой отмывки от флюсов моющим раствором на водной основе электронных изделий после монтажа

Цель работы: изучить процесс ультразвуковой отмывки от флюсов моющим раствором на водной основе электронных изделий после монтажа.

Оборудование и материалы: ультразвуковая ванна PCB GALLS, промывочная жидкость Vigon US, тестовый набор Zestron Resin Test для определения наличия канифольных остатков флюса, тестовый набор Zestron Flux Test для определения различных активаторов, содержащихся в остатках неудаленного флюса, термошкаф, печатная плата после монтажа.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Отмывка – крайне важный процесс в технологии производства электроники, применявшийся в течение многих лет для удаления потенциально опасных загрязнений при производстве устройств на печатных платах. К таким загрязнениям относятся остатки флюсов, припоя и клеев, а также другие загрязнения более общего характера: пыль и другие частицы, появляющиеся в результате других производственных процессов. Цель отмывки, в особенности в условиях быстрого роста электронной промышленности, заключается в существенном увеличении срока эксплуатации изделий за счет обеспечения высокого поверхностного сопротивления и предотвращения токов утечки, приводящих к выходу плат из строя. На этом развивающемся рынке современные и грядущие электронные изделия становятся все меньше и меньше, и в настоящее время требования к характеристикам и надежности стали жесткими как никогда. Для достижения высокого сопротивления изоляции необходимо обеспечить чистоту электронного узла. Это может быть достигнуто только за счет совместных действий разработчиков электронных изделий и производителей флюсов и клеев, моющих средств и отмывочного оборудования, направленных на обеспечение оптимального выполнения отмывки.

Отмывка требуется на многих этапах техпроцесса: перед нанесением пасты трафаретной печатью и оплавлением с целью удаления загрязнений, возникших на всех предыдущих операциях, после трафаретной печати для удаления излишков клея, а также после пайки, чтобы удалить приводящие к коррозии остатки флюса и избытки паяльной пасты при ее наличии. В настоящее время многие производители обращаются к безотмывочной технологии, предполагающей отсутствие необходимости в отмывке после пайки. В безотмывочной технологии содержание твердых веществ во флюсе меньше, чем в традиционных флюсах, однако такие флюсы все равно содержат канифоль и активаторы.

В настоящее время существует две разновидности моющих средств: на основе растворителя и на водной основе. Средства на основе растворителей такие, как 1,1,1-трихлорэтан (метилхлороформ) и 1,1,3-трихлортрифторэтан, традиционно преобладали на рынке, однако из-за их потенциальной способности вызывать истощение озонового слоя, сейчас их заменил более разнообразный ассортимент моющих средств этой разновидности. Этот тип средств в настоящее время разделяют на три подтипа: средства на основе горючих, негорючих и негорючих галогенированных растворителей таких, как гидрофторуглеродные (HFC) и гидрофторэфирные (HFE). Все три подтипа имеют свои достоинства и недостатки, но моющие средства на основе растворителей в целом можно охарактеризовать, как быстро улетучивающиеся вещества для одностадийного процесса. Однако при работе с ними требуется специальное оборудование и вытяжка для защиты от токсичности и других опасных факторов.

Моющие средства на водной основе также разработаны для того, чтобы заменить вещества, разрушающие озоновый слой, а также для применения растворов, позволяющих снизить количество отходов с содержанием растворителя. Отмывка с помощью средств на водной основе имеет ряд преимуществ перед средствами на основе растворителей, среди которых параметры горючести, низкий уровень запаха, низкое содержание или отсутствие летучих органических веществ и очень низкая токсичность. Существует много способов отмывки, и все они зависят от типа имеющегося оборудования. Будь то ультразвуковой способ, струйный с погружением (рисунок 9.1) или по типу посудомоечной машины, крайне важным вопросом является подбор правильного моющего средства на водной основе для конкретной задачи. Средства на водной основе обычно бывают значительно более сложными, чем их аналоги на основе растворителей. В них применяется механизм поверхностно-активных веществ (ПАВ), помогающий удалить загрязнения с платы путем снижения поверхностного натяжения и взвешивания или эмульгирования их в растворе. При другом варианте вещества для удаления флюсов работают за счет омыления, нейтрализуя входящие в состав флюса кислоты. Единственный большой недостаток моющих средств на водной основе заключается в том, что они требуют несколько стадий при выполнении операции отмывки, включая двухстадийное полоскание и стадию сушки в конце операции. Наконец, существует также новый тип средств на водной основе, не содержащих ПАВ. Эти вещества основаны на гликоли и объединяют в себе достоинства средств на водной основе и на основе растворителей, требуя при этом минимального полоскания.

Рисунок 9.1 - Этапы отмывки моющими средствами на водной основе:

1 Отмывка моющими средствами на водной основе. Ультразвуковая и/или струйная с погружением. 2 Ополаскивание водой. Струйное или ультразвуковое ополаскивание. Вода сбрасывается либо направляется в систему рециркуляции. 3 Тонкая очистка. Применяется деионизированная вода. 4 Сушка горячим воздухом.

Эффективная отмывка плат и компонентов, входящих в состав электронных узлов, очень важный элемент производства электроники. Она повышает надежность изделий и позволяет уверенно выполнять операции нанесения покрытий и герметизации Тип выбираемого моющего средства в большой степени зависит от условий производства. При этом выбран ли способ с применением средства на основе растворителя или на водной основе, крайне необходимо использовать правильный метод и режимы отмывки, чтобы достичь хороших результатов. Разработано множество инструкций для оценки чистоты изделий, тем не менее, промышленным стандартом является стандарт IPC TM-650. Он определяет методики многих способов контроля отмывки, предоставляя четкие рекомендации для проведения исследований. Очевидно, что некоторые методы дорогие и требуют значительных временных затрат, однако с их помощью возможно получить очень точную информацию о типе, расположении и количестве загрязнений. Другие, менее мощные, методы могут быть использованы для быстрого и эффективного контроля качества. Итак, выбор наиболее подходящего процесса отмывки, который в свою очередь обеспечивает требуемый уровень чистоты изделия, – это ключ к обеспечению максимальной надежности при минимальных затратах.

Моющие средства используются для уменьшения поверхностного натяжения воды, за счет чего повышается эффективность кавитации. Плюс к этому они растворяют и связывают грязь, которую удаляет ультразвук.

Принципы и преимущества мойки ультразвуком

Ультразвук действует только на изделия, погруженные в жидкость. Действие ультразвука основано на высокочастотных колебаниях звука, которые вызывают кавитацию жидкости. На поверхности моющихся предметов образуются микроскопические кавитационные пузырьки, создающие сильные гидравлические удары, которые, в свою очередь, эффективно удаляют любую грязь. Эффект мойки ультразвуком проявляется во всех местах, куда проникает вода. При мойке ультразвуком обеспечивается экономия энергии и моющего средства.

Типовое описание технологии отмывки электронных изделий методом наложения ультразвука:

1-й этап — ультразвуковая отмывка в растворе вода + отмывочная жидкость (в нашем случае речь будет идти о жидкости Vigon US). Первая (ультразвуковая) ванна должна быть заполнена водным раствором Vigon US (в пропорции от 18 до 30%), нагретым до температуры 40-50 °С.

Далее необходимо извлечь корзину с печатными платами из первой ванны, задержать на 1–2 минуты, чтобы дать воде, насыщенной Vigon US, стечь.

2-й этап — предварительное полоскание в теплой проточной воде. Полоскание осуществляется струей воды с одновременным обдувом платы сжатым воздухом для удаления промывочного раствора из-под электронных компонентов.

3-й этап — полоскание в дистиллированной воде. Полоскание осуществляется водой, нагретой до той же температуры, что и раствор для отмывки (от 40 до 50 °С). Эта вода должна меняться регулярно во избежание ее загрязнения остатками раствора Vigon US. Далее также необходимо извлечь корзину с печатными платами из второй ванны (для полоскания), задержать на 1–2 минуты, чтобы дать воде стечь.

4-й этап — сушка горячим воздухом.