20 июля 2021

Современные тренды и разработки в области отмывки электроники

автор: Махлаков Сергей, msa@protehnology.ru 

Отмывка является важным процессом в производстве электроники и используется в течение многих лет для удаления потенциально опасных загрязняющих веществ во время производства печатных плат.

Такие загрязнители включают в себя флюс, припой и остатки клея, а также другие общие загрязнения, такие как пыль и мусор, присутствующие в других производственных процессах. Цель очистки, особенно в быстроразвивающейся электронной промышленности, заключается в существенном увеличении срока службы изделия путем обеспечения хорошего поверхностного сопротивления и предотвращения утечки тока, приводящего к выходу из строя печатной платы. Тенденции на быстро развивающемся рынке электронной промышленности таковы, что электронные устройства с каждым годом должны выполнять всё больше функций, при этом стремительно уменьшаясь. Для достижения хорошего сопротивления изоляции и обеспечения адекватной адгезии защитных покрытий, заливочных смол и компаундов, чистота электронных узлов является необходимой.

Рисунок 1. Машина для отмывки печатных плат.

В производстве электроники есть много этапов, где требуется очистка: перед трафаретной печатью и пайкой для удаления загрязнений после многочисленных предыдущих стадий производства, после трафаретной печати для удаления избытка клея и после пайки для удаления остатков едкого флюса и любой избыточной паяльной пасты. Сегодня многие производители обращаются к «безотмывочным» процессам, подразумевая, что очистка после пайки не требуется. В процессе без отмывки содержание твердых частиц во флюсе ниже, чем в традиционных типах, однако они по-прежнему содержат канифоль и активатор. Такие остатки вместе с любыми другими нежелательными элементами, накопившимися из-за отсутствующей стадии очистки, могут вызвать проблемы с адгезией и, возможно, повлиять на характеристики защитной среды. Поэтому можно констатировать, что даже с появлением новых технологий, таких как безотмывочные флюсы, очистка все еще является важным многоступенчатым процессом в электронной промышленности. Наконец, существуют также этапы очистки, необходимые для удаления покрытий и клея, когда необходимо произвести ремонт изделия, для очистки самих компонентов и для обслуживания производственной линии.

Из-за постоянно растущих экологических проблем многие производители электроники уходят от традиционных очистителей-растворителей, которые используют озоноразрушающие химикаты или обладают высоким содержанием ЛОС (летучих органических соединений), и заменяют их более безопасными альтернативами. Хотя многие чистящие средства на основе растворителей обеспечивают удобный одностадийный процесс, чистящие средства на водной основе имеют ряд преимуществ, включая пожаробезопасные свойства, низкий запах, низкое содержание летучих органических соединений и очень низкую токсичность. Будь то машина струйной очистки, ультразвуковая ванна, или машина аэрозольной очистки, очень важно выбрать правильный очиститель на водной основе для корректной работы. Они используют технологию поверхностно-активных веществ, чтобы способствовать удалению загрязнений с печатной платы, уменьшая межфазное натяжение, суспендируя или эмульгируя их в растворе. Кроме того, средства для удаления флюсов на водной основе работают путем омыления, нейтрализуя флюсовые кислоты. Единственным существенным недостатком очистителей на водной основе является то, что им требуется несколько этапов для завершения процесса очистки, включая двухэтапный процесс полоскания и заключительную стадию сушки. Наконец, существует также новый тип очистителя на водной основе без поверхностно-активных веществ. Основанные на гликолях, эти чистящие средства сочетают в себе преимущества чистящих средств на водной основе и средств на основе растворителей с минимальной необходимой промывкой.

Рисунок 2. Очиститель флюса HFFR без содержания Гексана.

Общее количество Safewash (SWAT), предлагаемое Electrolube Ltd, является примером этой более совершенной технологии очистки на водной основе. Эти средства предлагают множество преимуществ, таких как универсальность в использовании, которая включает его пригодность для широкого спектра различного оборудования и типов обработки, а также его способность удалять широкий спектр загрязняющих веществ. Safewash Total подходит даже для не содержащего свинца флюса, остатков пасты и клея, а также для удаления общих загрязнений, таких как жир и пыль. Кроме того, Safewash Total предлагает множество преимуществ для пользователей и окружающей среды. Поставляемый в форме концентрата, продукт может использоваться в различных концентрациях в зависимости от метода нанесения, а также содержит ингибитор коррозии, позволяющий безопасно использовать чувствительные металлы, такие как медь, серебро и алюминий. Поставка в виде концентрата также снижает транспортные расходы, как в денежном, так и в экологическом отношении.

Поскольку рынок очистки постоянно развивается для удовлетворения потребностей расширения отрасли, важно, чтобы уровень требуемой чистоты был четко определен. Значительная часть потенциально вредных остатков флюса и загрязняющих веществ не видна невооруженным глазом или даже с помощью увеличения. Поэтому жизненно важно использовать правильный метод определения того, что достигнутый уровень чистоты соответствует стандарту, установленному инженером-электронщиком. Есть два типа остатков: ионный и неионный, и существует ряд методов, которые могут оценить уровень загрязнения после очистки и точно описать термин «чистый».

Неионные остатки, включая канифоль, масла и жиры, являются непроводящими и обычно представляют собой органические вещества, которые остаются после изготовления или сборки платы. Они обладают изоляционными свойствами, что является проблемой, когда в сборках используются вставные контакты или разъемы. Это может привести к плохой адгезии паяльной маски, защитного покрытия и заливочных компаундов, а также к инкапсуляции ионных загрязнений и инородных частиц. Типичные методы испытаний включают визуальное исследование под увеличением наряду с другими аналитическими методами, такими как инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR).

Рисунок 3. Отмывочная жидкость на водной основе Safewash.

Ионные загрязнители обычно представляют собой остатки флюса или вредные вещества, оставшиеся после пайки. Водорастворимые органические или неорганические загрязнения могут диссоциировать в растворе, поскольку заряженные ионы увеличивают общую проводимость этого раствора. Они могут снизить надежность электронных компонентов и сборок, способствуя утечке тока между цепями, вызывая коррозию и способствуя росту дендритов. В то время как как ионное, так и неионное загрязнение влияют на работу и надежность устройства, на котором они присутствуют, ионное загрязнение является причиной большей доли отказов. Распространенным методом определения степени ионного загрязнения является измерение удельного сопротивления экстракта растворителя (ROSE), также известного как проводимость экстракта растворителя (SEC). Промышленный стандарт IPC-TM-650 использует раствор изопропанола и деионизированной воды для извлечения загрязняющих веществ, в то время как прибор измеряет изменение проводимости. Этот тип тестирования широко принят и предлагает быстрые результаты. Он может быть очень строгим и, следовательно, два дополнительных метода также могут быть использованы для получения ценных данных. Это сопротивление поверхностной изоляции (SIR) и ионная хроматография (IC). 

Помимо измерения уровня загрязнения изделия после очистки, контроль самого моющего раствора имеет важное значение. Метод контроля раствора будет зависеть от состава отмывочной жидкости и типа удаляемых остатков. Остатки кислотного флюса, как правило, снижают рН и увеличивают проводимость, в то время как изменения концентрации не влияют на них. Показатель преломления, или BRIX, предоставляет измерение уровня твердых частиц в очистителе. Хотя это и может дать некоторое представление об уровне загрязнения, изменения показателя преломления с течением времени с большой вероятностью могут быть вызваны изменениями концентрации раствора, на которые часто влияет вынос раствора из цикла очистки в цикл полоскания. Все эти методы просты и требуют использования относительно недорогого прибора. Измерение температуры мутного раствора является еще одним альтернативным методом контроля технологического решения. Простое нагревание небольшого образца моющего раствора и определение температуры, при которой он становится мутным, покажет, сильно ли загрязнился раствор и уменьшилась ли концентрация из-за переноса из цикла отмывки в цикл полоскания.

Рисунок 4. Концентрация SWAT в деионизированной воде.

 Эффективная очистка печатных плат и связанных с ними компонентов является неотъемлемой частью производства электроники. Это повышает надежность сборок и позволяет выполнять операции нанесения покрытия и герметизации с полной уверенностью в том, что они будут работать как должны. Тип выбранного очистителя сильно зависит от условий производства. Кроме того, для успешной очистки необходимы правильные параметры отмывки для каждого отдельного случая. Electrolube  предлагает ряд чистящих средств на основе растворителей и на водной основе в сочетании с беспрецедентной технической поддержкой, чтобы гарантировать, что это возможно. Линейка Electrolube Safewash - это наиболее эффективная линейка чистящих средств на водной основе, которая в настоящее время используется крупными производителями в самых разных машинах для отмывки. Она отвечает как всем военным, так и коммерческим стандартам при минимальных финансовых и экологических затратах. Добавление Safewash Total демонстрирует тот факт, что ассортимент продолжает обеспечивать превосходную производительность очистки, гибкость процесса и его экологичность для всех современных производителей электроники.